JP2002199778A

JP2002199778A - モータ駆動装置

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Publication number: JP2002199778A
Application number: JP2000397678A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Yasohara; 正浩八十原
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-12-27
Filing date: 2000-12-27
Publication date: 2002-07-12
Anticipated expiration: 2020-12-27
Also published as: EP1350308A2; WO2002052713A3; JP4288851B2; CN1317818C; DE60137079D1; WO2002052713A2; US6512343B1; EP1350308B1; CN1489823A

Abstract

(57)【要約】【課題】モータ駆動コイルに連続的に変化する正弦波
状の電流を流すことにより、モータ駆動時のトルクリッ
プル、振動、騒音を低減するなかりでなく、効率の優れ
たモータ駆動装置を提供することを目的とする。【解決手段】ステップ分割数、電圧レベル分割数が比
較的小さく、構成が簡素な駆動波形生成器７０を備え、
その駆動波形生成器７０により生成した階段状電圧波形
に対応した各相駆動信号を給電器２０に印加することに
より、正弦波状の連続的に変化する交番電流を各相コイ
ルに流す。さらに進角制御を行うことにより、各相コイ
ルに発生する逆起電力と各相電流との位相を一致させ
る。それにより、トッルクリップル並びに振動、騒音の
減少が図れ、高効率なモータ駆動ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】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、プリンタ等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、モータ駆動コイルに連続的に変化する
交番電流、より好ましくは正弦波状の電流を流すことに
より、モータ駆動時のトルクリップル、振動、騒音を低
減できるばかりでなく、効率の優れたモータ駆動装置を
提供するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、空調機器、並びに複写機、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、長寿命、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 Moto
r）が用いられることが多い。

【０００３】図２０は、上記従来のモータ駆動装置の回
路構成図であり、図２１は、図２０に示す同装置におけ
るモータ駆動コイルへの印加電圧が矩形波の場合のモー
タ回転角（電気角）に対する各部の信号波形図である。

【０００４】図２０に示すように、一般的に、ブラシレ
スＤＣモータ（以下、単にモータと言う）の駆動装置に
おいては、ロータ位置をホール素子などからなる複数個
の位置検出素子９０１、９０３及び９０５にて検出す
る。３相分配器８９０は、位置信号Ｈｕ、Ｈｖ及びＨｗ
を入力し、３相分配信号Ｕ０、Ｖ０及びＷ０をパルス幅
変調（ＰＷＭ）コンパレータ８４０に対して出力する。
この時、それら信号Ｕ０、Ｖ０、Ｗ０は、図２１に示す
ような互いに電気角で１２０度位相の異なる、１ステッ
プ状の信号である。コンパレータ８４０の出力は、ゲー
トドライバ８３０を介して給電器８２０を構成する６個
のスイッチを順次オン又はオフするように制御する。こ
うして、ステータに備えられた３相コイル８１１、８１
３及び８１５への給電を、ロータ位置に応じて順次切り
換えることによりモータは回転する。

【０００５】この場合、Ｕ相コイル端と中性点Ｎとの間
に印加される電圧は、図２に示すＵ−Ｎのような矩形波
状信号である。Ｖ相及びＷ相コイルに対しも同様な矩形
波状信号が印加される。したがって、３相コイルの通電
相切り換えは、その矩形波状信号に応じてオン又はオフ
の急峻な切り換えが行われる。そのため、各相コイルを
流れる相電流の切り換えも急峻なものになり、その結
果、コイルが振動し、騒音を発生したり、電気ノイズを
発生したりする原因になる。

【０００６】上記騒音や電気ノイズを低減するモータ駆
動装置として、日本特許公報第２６５８０８５号記載の
ものがある。この公報記載の駆動装置は、駆動用主磁界
を検出する検出素子の検出出力と、それより高い周波数
のパルスに基づいて形成されたアドレス信号とにより、
メモリ記憶された駆動用波形を読み出してモータを駆動
する。それによって、ロータの１回転当たりの繰り返し
数が一定で、周波数がロータの回転速度に伴ない変わる
周波数発電機（ＦＧ）、及び、ロータの外周面の特定位
置に被着された永久磁石からの磁束を検出することによ
り、その磁石の位置を検出する検出素子（ＰＧ）を省
き、構成を簡単化できるというものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のモータ駆動装置においては、その従来例を示す回路
構成図からも明らかなように、所定の駆動用波形が予め
記憶されたメモリ、及び、そのメモリの駆動用波形（デ
ジタル信号）を読み出してモータを駆動するためのアナ
ログ信号に変換するためのＤ／Ａコンバータを必要と
し、回路構成が複雑化するという課題があった。さらに
は、上記従来のモータ駆動装置においては、ロータの回
転位置に対する駆動用波形、すなわち、各相コイルに印
加される電圧波形は、上記メモリに記憶されたデジタル
信号データにより一義的に決められている。そのため、
コイルが例えばステータ鉄心に巻回したようなインダク
タンスが比較的大きなモータを駆動するような場合、上
記所定の駆動用電圧波形が各相コイルに印加された際
に、その各相印加電圧に対する各相電流の位相遅れが大
きくなる。その結果、モータの効率が低減してしまうと
いう課題があった。本発明は、上記課題を解決するもの
で、構成が簡単で、モータ駆動時のトルクリップル、振
動、騒音を低減できるばかりでなく、効率の優れたモー
タ駆動装置を提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のモータ駆動装置
は、３相の駆動コイルと、直流電源に接続され、各相コ
イルに給電するための給電器と、各相コイルに対するモ
ータの可動子位置を検出するための位置検出器と、位置
検出器の出力から生成された少なくとも１相の位置信号
の電気角１周期を、３ｎ×４個（ｎは１以上の整数）の
周期に分割するための上記少なくとも１相に備えられた
位置信号内挿器と、位置信号内挿器から分割アドレス信
号を入力し、その分割アドレス信号の各アドレスに対応
して予め設定された各電圧レベル（電圧レベルは３ｎ＋
１個を超えない段階に設定）を有した階段状波形を３相
分生成すると共にそれらを電圧出力するための駆動波形
生成器とを含み、３相分の階段状波形のそれぞれに対応
した各相駆動信号を給電器に印加することにより、各相
コイルを連続的に変化する交番電流にて駆動するように
したものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明は、３相の駆動コイルと、
直流電源に接続され、各相コイルに給電するための給電
器と、各相コイルに対するモータの可動子位置を検出す
るための位置検出器と、位置検出器の出力から生成され
た少なくとも１相の位置信号の電気角１周期を、３ｎ×
４個（ｎは１以上の整数）の周期に分割するための上記
少なくとも１相に備えられた位置信号内挿器と、位置信
号内挿器から分割アドレス信号を入力し、その分割アド
レス信号の各アドレスに対応して予め設定された各電圧
レベル（電圧レベルは３ｎ＋１個を超えない段階に設
定）を有した階段状波形を３相分生成すると共にそれら
を電圧出力するための駆動波形生成器とを含み、３相分
の階段状波形のそれぞれに対応した各相駆動信号を給電
器に印加することにより、各相コイルを連続的に変化す
る交番電流にて駆動するようにしたものである。

【００１０】また、位置信号内挿器、駆動波形生成器を
３相すべての相毎個別に備えた次の構成であっても良
い。

【００１１】すなわち、モータの駆動装置であって、３
相の駆動コイルと、直流電源に接続され、各相コイルに
給電するための給電器と、各相コイルに対するモータの
可動子位置を検出するための位置検出器と、位置検出器
の出力から生成された各相位置信号の電気角１周期を、
３ｎ×４個（ｎは１以上の整数）の周期に分割するため
の、各相毎に備えられた位置信号内挿器と、位置信号内
挿器から分割アドレス信号を入力し、その分割アドレス
信号の各アドレスに対応して予め設定された各電圧レベ
ル（電圧レベルは３ｎ＋１個を超えない段階に設定）を
有した階段状波形を電圧出力するための、各相毎に備え
られた駆動波形生成器とを含み、階段状波形のそれぞれ
に対応した各相駆動信号を給電器に印加することにより
各相コイルを連続的に変化する交番電流にて駆動する。
これら構成により、本駆動装置は、モータ駆動時のトル
クリップル、振動、騒音を低減できるばかりでなく、優
れた効率をもってモータを駆動することができる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
しながら説明する。

【００１３】（第１の実施例）図１において、Ｕ相、Ｖ
相及びＷ相からなる３相の駆動コイル１１、１３及び１
５は、次のようにして給電器２０に接続されている。給
電器２０は、３つの電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）２
１、２３及び２５により上アームを構成し、トランジス
タ２２、２４及び２６により下アームを構成している。
Ｕ相コイル１１の第１の端子は、トランジスタ２１及び
２２の接続点に接続され、Ｖ相コイル１３の第１の端子
は、トランジスタ２３及び２４の接続点に接続され、Ｗ
相コイル１５の第１の端子は、トランジスタ２５及び２
６の接続点に接続されている。Ｕ相コイル１１、Ｖ相コ
イル１３及びＷ相コイル１５のそれぞれの第２の端子
は、互いに接続され中性点Ｎを成している。

【００１４】直流電源１０は、正側給電端子と負側給電
端子との間に給電器２０を接続し、その給電器２０を介
して上記３相コイルに電力を供給する。電源１０の負側
給電端子と給電器２０とを結ぶ給電線路には、その線路
を流れるコモン電流Ｉｃｏｍを検出するためのコモン電
流検出抵抗器２７が挿入されている。

【００１５】位置検出器１０１、１０３及び１０５は、
ホール素子又はホールＩＣなどで構成され、モータの可
動子（図示せず。回転運動型のモータではロータ、リニ
ア運動型のモータでは可動子、以降はロータとして説明
する。）の各相コイル１１、１３及び１５に対する位置
を検出する。検出器１０１、１０３及び１０５から出力
されるそれぞれの位置検出信号Ｈｕ、Ｈｖ及びＨｗの
内、信号Ｈｕが位置信号内挿器８０に入力される。内挿
器８０は、Ｕ相位置検出信号の電気角１周期を、３ｎ×
４個（ｎは１以上の整数）の周期に分割し、分割アドレ
ス信号ＣＳＦを出力する。駆動波形生成器７０は、信号
ＣＳＦを入力し、その信号ＣＳＦの各アドレスに対応し
て予め設定された各電圧レベルを有したＵ相階段状波形
を生成する。さらに、その生成器７０は、Ｕ相階段状波
形を基に、電気角で１２０度位相差を有するＶ相階段状
波形と、電気角で２４０度位相差を有するＷ相階段状波
形とを生成する。そして、その生成器７０は、互いに電
気角で１２０度位相差を有した３相分の階段状波形Ｕ
２、Ｖ２及びＷ２をそれぞれ電圧出力する。ところで、
生成器７０が階段状波形を生成する際、信号ＣＳＦの各
アドレスに対応して予め設定する電圧レベルは、３ｎ＋
１個を超えない段階に設定する。生成器７０からの信号
Ｕ２はＵ相用セレクタ５１に入力される。同じく信号Ｖ
２はＶ相用セレクタ５３に入力される。同じく信号Ｗ２
はＷ相用セレクタ５５に入力される。

【００１６】一方、３相分配器９０は、互いに電気角で
１２０度位相の異なる位置検出信号Ｈｕ、Ｈｖ及びＨｗ
を入力し、図２Ａに示すような３相分配信号Ｕ１、Ｖ１
及びＷ１を出力する。３＊ＦＧ１００回路は、同信号Ｈ
ｕ、Ｈｖ及びＨｗを入力し、それら３つの信号を合成す
ることにより、それら各信号に比べ３倍の周波数を有す
る速度信号を低速検知回路５７に出力する。また、タイ
マー５９は時間信号を低速検知回路５７に出力する。低
速検知回路５７は、タイマー５９によって速度信号の周
期を計測し、その周期が所定時間以下に達するまでは速
度信号の周期を計測し、その周期が所定時間以下に達す
るまでは、モータ速度がまだ低速であるとし、セレクタ
５１、セレクタ５３及びセレクタ５５に対して、３相分
配回路９０の出力信号Ｕ１、Ｖ１及びＷ１を選択するよ
うに指示する。速度信号の周期が上記所定時間以下に達
した場合は、低速検知回路５７は、モータ速度が定常回
転速度になったとし、セレクタ５１、５３及び５５に対
して、駆動波形生成器７０の出力である図２Ｂに示すよ
うな階段状電圧波形Ｕ２、Ｖ２及びＷ２を選択するよう
に指示する。

【００１７】パルス幅変調（ＰＷＭ）コンパレータ４０
は、コパレータ４１、４３及び４５を備えている。コパ
レータ４１は、セレクタ５１からの出力と三角波発生器
４７の出力である三角波信号ＣＹとを電圧比較する。コ
パレータ４３は、セレクタ５３からの出力と信号ＣＹと
を電圧比較する。コパレータ４５は、セレクタ５５から
の出力と信号ＣＹとを電圧比較する。ここで、三角波発
生器４７から出力される三角波信号ＣＹは、パルス幅変
調におけるいわゆるキャリア信号であり、その周波数は
（１７kHz〜２０kHz程度）であり、各セレクタからの出
力信号の周波数に比べかなり高い。

【００１８】ゲートドライバ３０は、バッファ３１、３
２、３３、３４、３５及び３６を備えている。コパレー
タ４１の出力信号Ｇ１Ｈは、バッファ３１に入力される
と共に、インバータ３７で反転され信号Ｇ１Ｌとしてバ
ッファ３２に入力される。コパレータ４３の出力信号Ｇ
２Ｈは、バッファ３３に入力されると共に、インバータ
３８で反転され信号Ｇ２Ｌとしてバッファ３４に入力さ
れる。同様に、コパレータ４５の出力信号Ｇ３Ｈは、バ
ッファ３５に入力されると共に、インバータ３９で反転
され信号Ｇ３Ｌとしてバッファ３６に入力される。バッ
ファ３１、３２、３３、３４、３５及び３６のそれぞれ
の出力は、トランジスタ２１、２２、２３、２４、２５
及び２６のそれぞれゲートに入力される。

【００１９】抵抗器２７を流れるコモン電流Ｉｃｏｍ
は、その抵抗２７の端子電圧として検出され、その検出
電圧ＶＩｃｏｍは、進角制御器６０に入力される。その
進角制御器６０の出力ＣＰＨは、内挿器８０にフィード
バックされる。

【００２０】上記のように構成された第１の実施例の駆
動装置における動作について、図２及び図３を参照し説
明を加える。

【００２１】図２のＡは、起動時から低速時におけるモ
ータ回転角（電気角）に対する各部の信号波形図であ
る。位置信号ＨＵ、ＨＶ、ＨＷが、互いに電気角で１２
０度の位相差を有するような信号を発生するような位置
に、それぞれの位置検出器１０１、１０３及び１０５が
配置されている。信号ＨＵ、ＨＶ、ＨＷは、三相分配器
９０で合成され、図２Ａに示すような１ステップ状の信
号Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１に形成される。上記に説明したよう
に、それら信号Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１にそれぞれに対応した
各相駆動信号が、給電器２０に印加される。この時、３
相コイルの中性点の電圧は、同図のＮに示すようにな
り、Ｕ相コイルの一方の端子と、他方の端子すなわち中
性点Ｎとの間に印加される電圧は、同図のＵ−Ｎに示す
ような波形電圧となる。図示していないが、Ｖ相及びＷ
相コイルに関しても互いに電気角で１２０度の位相差を
有した、同様な波形電圧となる。

【００２２】図２のＢは、定常回転時におけるモータ回
転角（電気角）に対する各部の信号波形を示す図であ
る。同図信号ＨＵ、ＨＶ、ＨＷは、横軸のモータ回転角
を電気角で表わせば、図の２Ａに示す場合と同様な波形
となる。信号ＨＵは、内挿器８０に入力され、駆動波形
生成器７０を介して、図示の信号Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２のよ
うな階段状の３相分の電圧波形が形成される。上記に説
明したように、それら信号Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２にそれぞれ
に対応した各相駆動信号を給電器２０に印加する。この
時、３相コイルの中性点の電圧は図２ＢのＮに示すよう
になり、Ｕ相コイル１１の一方の端子と、他方の端子す
なわち中性点Ｎとの間に印加される電圧は、図２ＢのＵ
−Ｎに示すような波形電圧となる。図示していないが、
Ｖ相及びＷ相コイルに関しても互いに電気角で１２０度
の位相差を有した、同様な波形電圧となる。このように
して、３相コイルには正弦波状の連続的に変化する交番
電流にて駆動することができる。

【００２３】図３は３相コイルへの印加電圧をパルス幅
変調（ＰＷＭ）する様子を示す。図３において、ＰＷＭ
コンパレータにより、三角波発振器４７の発振波形ＣＹ
と駆動波形生成器７０からの各相階段状波形Ｕ２、Ｖ
２、Ｗ２とが電圧比較され、ゲートドライバ３０及び給
電器２０を介して、給電器２０の出力端子Ｖｕ、Ｖｖ、
Ｗｖすなわち３相コイルの各第1の端子には、同図Ｖ
ｕ、Ｖｖ、Ｗｖに示すようなＰＷＭ電圧波形が印加され
る。このようにして、３相コイルは、互いに電気角で１
２０度の位相差を有した正弦波状電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ
にて駆動される。それにより、３相コイルの各相電流
は、滑らかに通電が切り換えられるばかりでなく、３相
合成トルクは回転角にかかわらず均一化される。その結
果、トルクリップルが小さく、低振動、低騒音のモータ
の駆動装置を実現できる。

【００２４】以上が、第１の実施例の基本的な回路構
成、その動作、作用効果の説明であるが、次に各構成部
分の具体的な構成例を説明する。

【００２５】図５は本実施例に係るモータ駆動装置にお
ける主要回路部の構成図である。図５において、位置信
号内挿器８０の内部構成及び動作は次の通りである。

【００２６】位相差検出器８１は、位置検出器１０１か
らの位置信号Ｈｕ及びタイミングパルス発生器８２から
のタイミングパルスＰｔｕを入力し、両者の位相差信号
ＰＤを出力する。検出器８１の出力は、抵抗９１を介し
て、差動増幅器８６の反転入力端子に接続される。その
増幅器８６の反転入力端子と同出力端子との間には、コ
ンデンサ８７、８８及び抵抗８９からなる微分積分要素
が接続される。その増幅器８６の非反転入力端子には所
定電圧が印加される。増幅器８６は、位相差信号ＰＤを
その位相差に応じた電圧に変換する。電圧制御発振器８
５は、その位相差に応じた電圧に応じた周波数信号を発
振出力する。その発振周波数は、分周器８４で分周され
る。その分周された信号は、３６進カウンタ８３のクロ
ック端子ＣＬＫにクロック信号とし入力される。カウン
タ８３は、０から３５までカウントし、又０に戻る動作
を繰り返す。そして、３６ステップに分割された分割ア
ドレス信号ＣＳＦは、後続の駆動波形生成器７０及びタ
イミングパルス発生器８２に入力される。こうして、波
形生成器７０は、信号Ｈｕの電気角１周期を、３ｎ×４
個の周期に分割（ｎ＝１以上の整数、本実施例の場合
は、ｎ＝３であり、３６分割）する。パルス発生器８２
は、所定のパルス幅を有したタイミングパルスＰｔｕを
発生し、上記位相差検出器８１に対して出力する。

【００２７】次に、駆動波形生成器７０について、図６
を用いてその具体構成例を説明する。デコーダ７７は、
内挿器８０から分割アドレス信号ＣＳＦを入力し、アナ
ログスイッチ７１、７３及び７５に対してデコード信号
を出力する。各アナログスイッチ７５には、８つの抵抗
器の直列接続からなる電圧分圧器が接続される。ここ
で、この電圧分圧器の両端子には、０ボルトと速度指令
電圧Ｖｓｐとが印加される。この電圧分圧器による電圧
レベルＬ０からＬ８の設定は、電圧Ｖｓｐを３ｎ＋１を
超えない段階に分割するように設定される。（本実施例
の場合は、ｎ＝３であり、１０個を超えない段階、例え
ば９段階の電圧レベル設定の場合となる。）この構成に
より、波形生成器７０では、分割アドレス信号ＣＳＦの
各アドレスに対応して各アナログスイッチ７１内のスイ
ッチのオン又はオフが決定され、各アナログスイッチ７
１の出力として、階段状電圧波形Ｕ２が波形生成器７０
のＵ相分として出力される。同様にして、アナログスイ
ッチ７３の出力として、階段状電圧波形Ｖ２が波形生成
器７０のＶ相分として出力される。さらに、アナログス
イッチ７５の出力として、階段状電圧波形Ｗ２が波形生
成器７０のＷ相分として出力される。

【００２８】図７は、図５及び図６に示す内挿器８０及
び波形生成器７０における信号処理の様子を示す。横軸
は回転角（電気角）、縦軸は電圧を示す。図７におい
て、分割アドレス信号ＣＳＦは、アドレス０からアドレ
ス３５までの３６個のアドレスを示す信号である。その
信号ＣＳＦのアドレス０を中心に±３アドレス分、すな
わち、図７のＣＳＦ信号のアドレス３３、３４、３５、
０、１、２及び３の７つのアドレス分のパルス幅が、タ
イミングパルスＰｔｕの「Ｈ」電圧の幅と同期する。内
挿器８０の位相検出器８１では、図７に示す位置信号Ｈ
Ｕの「Ｌ」電圧から「Ｈ」電圧に変化する立ち上がりエ
ッジの位相と上記パルスＰｔｕの位相との位相差を比較
する。そして、内挿器８０で構成されるＰＬＬ（フェイ
ズ・ロックド・ループ）の働きにより、その位相差が小
さくなるように制御される。

【００２９】一方、波形生成器７０においてＵ相階段状
電圧波形Ｕ２は次にようにして生成される。電圧波形Ｕ
２は、ＣＳＦ信号のアドレス０に対しては電圧レベルＬ
０、アドレス１に対しては電圧レベルＬ１、アドレス２
に対しては電圧レベルＬ２、アドレス３に対しては電圧
レベルＬ３、アドレス４に対しては電圧レベルＬ４、ア
ドレス５に対しては電圧レベルＬ５、アドレス６に対し
ては電圧レベルＬ６、アドレス７に対しては電圧レベル
Ｌ７、アドレス８に対しては電圧レベルＬ８、アドレス
９に対しては電圧レベルＬ８、アドレス１０に対しては
電圧レベルＬ８、アドレス１１に対しては電圧レベルＬ
７、アドレス１２に対しては電圧レベルＬ６、アドレス
１３に対しては電圧レベルＬ７、アドレス１４に対して
は電圧レベルＬ８、アドレス１５に対しては電圧レベル
Ｌ８、アドレス１６に対しては電圧レベルＬ８、アドレ
ス１７に対しては電圧レベルＬ７、アドレス１８に対し
ては電圧レベルＬ６、アドレス１９に対しては電圧レベ
ルＬ５、アドレス２０に対しては電圧レベルＬ４、アド
レス２１に対しては電圧レベルＬ３、アドレス２２に対
しては電圧レベルＬ２、アドレス２３に対しては電圧レ
ベルＬ１、アドレス２４に対しては電圧レベルＬ０、ア
ドレス２５に対しては電圧レベルＬ０、アドレス２６に
対しては電圧レベルＬ０、アドレス２７に対しては電圧
レベルＬ０、アドレス２８に対しては電圧レベルＬ０、
アドレス２９に対しては電圧レベルＬ０、アドレス３０
に対しては電圧レベルＬ０、アドレス３１に対しては電
圧レベルＬ０、アドレス３２に対しては電圧レベルＬ
０、アドレス３３に対しては電圧レベルＬ０、アドレス
３４に対しては電圧レベルＬ０、アドレス３５に対して
は電圧レベルＬ０となるように波形生成される。

【００３０】また、このようにして生成される電圧波形
Ｕ２の電圧振幅全体は、波形生成器７０に外部より入力
される速度指令信号Ｖｓｐによって、可変できるように
なっている。それにより本駆動装置に対して、必要に応
じて速度制御機能を加えることもできるようになってい
る。

【００３１】さて、上述のように、内挿器８０において
信号ＨＵとパルスＰｔｕの位相との位相差が小さくなる
ように制御される。言い替えれば、信号ＨＵと分割アド
レス信号ＣＳＦが同期するように制御されるので、それ
に伴ない上記の波形生成器７０で生成される電圧波形Ｕ
２のアドレス０の位相と、信号ＨＵの「Ｌ」電圧から
「Ｈ」電圧に変化する立ち上がりエッジの位相とが一致
するように、波形Ｕ２の周期が制御される。それに伴な
い、Ｖ相及びＷ相についても自ずと、階段状波形Ｖ２の
アドレス０の位相と信号ＨＶの立ち上がりエッジの位相
とが一致、階段状波形Ｗ２のアドレス０の位相と信号Ｈ
Ｗの立ち上がりエッジの位相とが一致するようになる。

【００３２】このようにして、図２のＢに示すように、
信号ＨＵに同期した波形Ｕ２、信号ＨＶに同期した波形
Ｖ２、信号ＨＷに同期した波形Ｗ２が生成され、それぞ
れの波形に対応したＰＷＭ変調された各相駆動信号が給
電器に印加される。それにより、Ｕ相コイルの第１の端
子と中性点Ｎとの間に、図２ＢのＵ−Ｎ示すような正弦
波状電圧が印加され（Ｖ−Ｎ、Ｗ−Ｎについても同
様）、各相コイルには正弦波状の電流を流すことができ
る。

【００３３】図８は、位置信号ＨＵと分割アドレス信号
ＣＳＦが同期するように制御された状態において、Ｕ相
コイルに発生している逆起電力B.e.m.f.、及び、Ｕ相コ
イルに印加される電圧波形Ｕ−Ｎとを関係を示したもの
である。

【００３４】信号ＨＵに対して、U相コイルの逆起電力
B.e.m.f.は、一義的に、電気角３０度の位相遅れを持っ
ている。ステータにおけるU相コイル配置位置に対する
位置検出素子１０１の配置位置が設計上決められてお
り、一般的に両者の位相差が電気角３０度となるように
配置される。Ｖ相コイルに対する位置検出素子１０３、
Ｗ相コイルに対する位置検出素子１０５の配置位置関係
も同様であり、それぞれのコイルの逆起電力と位置信号
との位相差も同様である。この場合においては、各相コ
イルのそれぞれの第１の端子と中性点Ｎとの間に印加さ
れる階段状の電圧波形は、各相コイルの逆起電力波形と
位相が一致している。

【００３５】さて次に、各相コイル第１の端子と中性点
とに印加される電圧波形において、基本波の次数とその
基本波に対する電圧レベルとの関係をいくつかの実施例
を上げて説明する。図９は、階段状波形の段階設定９の
場合（ｎ＝３の時の３ｎの場合）である。図１０は、比
較のため、階段状波形の段階設定１の場合、すなわち、
コイルへの印加電圧が矩形波の場合である。図１１は、
階段状波形の段階設定１０（ｎ＝３の時の３ｎ＋１の場
合）である。図１２は、階段状波形の段階設定７（ｎ＝
２の時の３ｎ＋１の場合）である。図１３は、階段状波
形の段階設定６（ｎ＝２の時の３ｎの場合）である。図
９、図１１から図１３に示す実施例では、図１０に示す
矩形波の場合に比べ、高次の周波数成分の電圧レベルが
大きく抑えられている。これにより、本発明の実施例に
おける駆動装置では、特に、耳障りな騒音の要因となる
高次の周波数成分の電圧レベルが低減することにより、
静音化が図れるという優れた効果を奏する。

【００３６】なお、駆動波形生成器のアナログスイッチ
の各出力にコンデンサなどのローパスフィルタを接続す
れば、駆動波形の歪率をさらに低減でき、トルクリップ
ル並びに振動、騒音を一層低減できる。

【００３７】以上が、位置信号内挿器８０及び駆動波形
生成器７０についての具体的構成例、動作、作用効果の
説明である。

【００３８】さて、本第１の実施例において、図１及び
図５に示す位置信号内挿器８０を、その外部より入力す
る位相差制御信号により調整することにより、各相コイ
ルに印加する電圧波形の位相を自由にシフトできる機能
について説明する。図５において、進角制御器６０の出
力ＣＰＨは抵抗９２を介して、内挿器８０の差動増幅器
８６の反転入力端子に接続する。これは位相検出器８１
の出力ＰＤと進角制御器６０の出力ＣＰＨとを加算する
ことになる。

【００３９】すなわち、この構成により、Ｕ相につき、
信号ＨＵと分割アドレス信号ＣＳＦとの位相差を、内挿
器８０に対して入力される位相差制御信号ＣＰＨに基づ
き制御することにより、信号ＨＵと階段状波形Ｕ２との
位相差を調整可能とする。

【００４０】図１４及び図１５は本実施例に係るモータ
駆動装置における相電流の位相調整の動作説明図であ
る。図１４は、位相調整なしの場合のＵ相コイルに発生
する逆起電力B.e.m.f、位置信号ＨＵ、Ｕ相コイル端と
中性点Ｎとに間にかかる電圧波形Ｕ−Ｎ、Ｕ相コイルに
流れる電流Ｉｕの位相関係を示している。電流Ｉｕは、
一般的には、各コイルの有するインダクタンス成分のた
め、印加電圧波形Ｕ−Ｎに対して位相遅れが発生する。

【００４１】図１５は、位相調整をした場合の各部波形
の位相関係を示している。図５における進角制御器６０
から出力される位相差制御信号ＣＰＨを内挿器８０に入
力する。それにより、位置信号ＨＵと分割アドレス信号
ＣＨＦとは位相同期関係にあるが、両者の位相差を信号
ＣＰＨによって制御可能とし、以ってＵ相コイルの逆起
電力B.e.m.fと階段状波形Ｕ２との位相差を自在に調整
できる構成としている。図１５においては、信号ＣＰＨ
を調整することにより、信号ＨＵの立ち上がりエッジの
位相に対して、信号ＣＨＦの位相を進め、つまり、階段
状電圧波形Ｕ２、及び、Ｕ相端子電圧と中性点Ｎとの間
にかかる電圧Ｕ−Ｎの位相を進める。その結果、Ｕ相電
流が進角し、Ｕ相逆起電力B.e.m.fとそのＵ相電流Ｉｕ
との位相が一致するようにすれば、モータ効率が向上す
る。Ｕ相コイルにおいて、逆起電力と相電流との位相を
一致させるようにすれば、Ｖ相コイル及びＷ相コイルに
関しては、自ずと逆起電力と相電流との位相は一致する
のは明らかである。

【００４２】図１６はＵ相進角制御器の一例の回路構成
図である。Ｕ相進角制御器６０は、相電流ゼロクロス検
出器６１及び相電流位相遅れ検出器６３を含んでいる。

【００４３】ゼロクロス検出器６１は次のように構成さ
れる。図１に示すような電源１０と給電器２０との間の
給電線路に挿入された抵抗器２７によって電圧変換され
たコモン電流検出電圧ＶＩｃｏｍは、バッファ１６２及
びアナログスイッチ１６５を介してコンパレータ１６７
の一方の入力端子に接続されると共に、同バッファ１６
２及びアナログスイッチ１６３を介してコンパレータ１
６７の他方の入力端子に接続される。アナログスイッチ
１６５のコンパレータ１６７側出力とグランド間にはサ
ンプルアンドホールド用コンデンサ１６６、アナログス
イッチ１６３のコンパレータ１６７側出力とグランド間
にはサンプルアンドホールド用コンデンサ１６４がそれ
ぞれ接続される。アナログスイッチ１６５の制御端子に
は、図１に示すゲートドライバ３０への入力信号である
Ｇ１ＨからＧ３Ｌがタイミング検出器１６１を介して入
力される。

【００４４】同様に、アナログスイッチ１６３の制御端
子にも、信号Ｇ１ＨからＧ３Ｌがタイミング検出器１６
１を介して入力される。コンパレータ１６７は、相電流
ゼロクロス検出信号Ｃｚを出力する。そのコンパレータ
１６７の出力は、相電流位相遅れ検出器６３のアナロク
スイッチ１６９に接続される。

【００４５】次に相電流位相遅れ検出器６３の構成を説
明する。上記信号Ｃｚは、アナログスイッチ１６９を介
して、進角制御器６０から出力される位相差制御信号Ｃ
ＰＨとなる。信号ＣＰＨは内挿器８０に対して出力され
る。アナログスイッチ１６９のオン又はオフは、信号Ｈ
ｕ及び内挿器８０の電圧制御発振器８５の出力ＣＫによ
って制御されるタイマー１６８の出力Ｐｚによって指示
される。

【００４６】このように構成されたＵ相進角制御器６０
の動作を説明する。

【００４７】まず、相電流ゼロクロス検出器６１の動作
ついて説明する。アナログスイッチ１６５は、信号Ｇ１
ＨからＧ３Ｌが、給電器２０の３相出力端子の電圧Ｖ
ｕ、Ｖｖ及びＶｗの内、２相を「Ｈ」、１相を「Ｌ」と
するような状態において、アナログスイッチ１６５はオ
ンし、その時の電圧ＶＩｃｏｍをコンデンサ１６６に保
持する。一方、アナログスイッチ１６３は、信号Ｇ１Ｈ
からＧ３Ｌが、給電器２０の３相出力端子の電圧Ｖｕ、
Ｖｖ及びＶｗの内、２相を「Ｌ」、１相を「Ｈ」とする
ような状態において、アナログスイッチ１６３はオン
し、その時の電圧ＶＩｃｏｍをコンデンサ１６４に保持
する。ここで、コンデンサ１６６の保持電圧をｓｐｌ
１、コンデンサ１６４の保持電圧をｓｐｌ２とする。こ
れら両者保持電圧が一致するタイミング、すなわち、コ
ンパレータ１６７の出力が、例えば「Ｈ」から「Ｌ」に
切り換わるタイミングが相電流のゼロクロスのタイミン
グとなる。

【００４８】さらに、図１８を用いて詳しく説明する。

【００４９】アナログスイッチ１６３及び１６５の制御
信号であるＧ１ＨからＧ３Ｌの「Ｈ」又は「Ｌ」信号
は、ゲートドライバ３０を介して給電器２０を構成する
トランジスタ２１から２５のゲートに入力される。した
がって、トランジスタ２１から２５は、それら各ゲート
信号によって、オン又はオフ制御される。つまり、Ｇ１
ＨからＧ３Ｌの「Ｈ」又は「Ｌ」の状態に基づき、給電
器２０の３相出力端子の電圧Ｖｕ、Ｖｖ及びＶｗのオン
又はオフ状態が制御される。

【００５０】そして、図１に示す給電器及び３相コイル
において、例えば、電圧Ｖｕが「Ｈ」、電圧Ｖｖが
「Ｌ」、電圧Ｖｗが「Ｈ」の時を考えると、トランジス
タ２１がオン、トランジスタ２２がオフ、トランジスタ
２３がオフ、トランジスタ２４がオン、トランジスタ２
５がオン、トランジスタ２６がオフである。この時、ひ
とつの電流は、電源１０の正側端子よりトランジスタ２
１を通り、Ｕ相コイルを流れ、中性点を介して、Ｖ相コ
イルを流れ、トランジスタ２４を通り、抵抗器２７を流
れ、電源１０の負側端子に戻る。もうひとつの電流は、
電源１０の正側端子よりトランジスタ２５を通り、Ｗ相
コイルを流れ、中性点を介して、Ｖ相コイルを流れ、ト
ランジスタ２４を通り、抵抗器２７を流れ、電源１０の
負側端子に戻る。ここで、給電器２０の３相出力端子か
ら中性点Ｎに向かって流れる電流方向を正、その逆方向
を負とすると、本タイミングにおいては、Ｖ相コイル電
流−Ｉｖが、コモン電流Ｉｃｏｍによる抵抗器２７の電
圧降下、すなわち、抵抗器２７の端子電圧として現れて
いる。したがって、図１８において、電圧Ｖｕが
「Ｈ」、電圧Ｖｖが「Ｌ」、電圧Ｖｗが「Ｈ」の時、Ｉ
ｃｏｍ＝−Ｉｖとなる。

【００５１】次に、電圧Ｖｕが「Ｌ」、電圧Ｖｖが
「Ｌ」、電圧Ｖｗが「Ｈ」の時を考えると、トランジス
タ２１がオフ、トランジスタ２２がオン、トランジスタ
２３がオフ、トランジスタ２４がオン、トランジスタ２
５がオン、トランジスタ２６がオフである。この時、ひ
とつの電流は、電源１０の正側端子よりトランジスタ２
５を通り、Ｗ相コイルを流れ、中性点を介して、Ｕ相コ
イルを流れ、トランジスタ２２を通り、抵抗器２７を流
れ、電源１０の負側端子に戻る。もうひとつの電流は、
電源１０の正側端子よりトランジスタ２５を通り、Ｗ相
コイルを流れ、中性点を介して、Ｖ相コイルを流れ、ト
ランジスタ２４を通り、抵抗器２７を流れ、電源１０の
負側端子に戻る。本タイミングにおいては、Ｗ相コイル
電流Ｉｗが、コモン電流Ｉｃｏｍによる抵抗器２７の電
圧降下、すなわち、抵抗器２７の端子電圧として現れて
いる。したがって、図１８において、電圧Ｖｕが
「Ｌ」、電圧Ｖｖが「Ｌ」、電圧Ｖｗが「Ｈ」の時、Ｉ
ｃｏｍ＝Ｉｗとなる。

【００５２】このことから分かるように、給電器２０の
３相出力端子の電圧Ｖｕ、Ｖｖ及びＶｗの内、２相が
「Ｈ」、１相が「Ｌ」のとき、唯一「Ｌ」である相のコ
イル電流の極性を反転した電流がコモン電流Ｉｃｏｍと
して流れる。（例えば、電圧Ｖｖのみが「Ｌ」のとき、
Ｉｃｏｍ＝−Ｉｖとなる。）また電圧Ｖｕ、Ｖｖ及びＶｗの内、２相が「Ｌ」、１相
が「Ｈ」のとき、唯一「Ｈ」である相のコイル電流がコ
モン電流Ｉｃｏｍとして流れる。（例えば、電圧Ｖｗの
みが「Ｈ」のとき、Ｉｃｏｍ＝Ｉｗとなる。）なお上記説明においては、電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ及びＩ
ｃｏｍの方法を図１に矢印で示した方向を正方向として
いる。このことから分かるように、給電器２０の３相出
力端子の電圧Ｖｕ、Ｖｖ及びＶｗの内、２相が「Ｈ」、
１相が「Ｌ」のとき、唯一「Ｌ」である相のコイル電流
の極性を反転した電流がコモン電流Ｉｃｏｍとして流れ
る。（例えば、電圧Ｖｖのみが「Ｌ」のとき、Ｉｃｏｍ
＝−Ｉｖとなる。）また電圧Ｖｕ、Ｖｖ及びＶｗの内、２相が「Ｌ」、１相
が「Ｈ」のとき、唯一「Ｈ」である相のコイル電流がコ
モン電流Ｉｃｏｍとして流れる。（例えば、電圧Ｖｗの
みが「Ｈ」のとき、Ｉｃｏｍ＝Ｉｗとなる。）なお上記説明においては、電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ及びＩ
ｃｏｍの方法を図１に矢印で示した方向を正方向として
いる。

【００５３】したがって、図１６に示す相電流ゼロクロ
ス検出器６１おいて、アナログスイッチ１６５は、制御
信号であるＧ１ＨからＧ３Ｌが電圧Ｖｕ、Ｖｖ及びＶｗ
の内、アナログスイッチ１６５はオンし、その時のが電
圧Ｖｕ、Ｖｖ及びＶｗ電圧ＶＩｃｏｍをコンデンサ１６
６に保持する。それにより、電圧Ｖｕ、Ｖｖ及びＶｗの
内、唯一「Ｌ」である相の電流の極性を反転した電流値
が検出され、その値はコンデンサ１６６に保持電圧ｓｐ
ｌ１として保持される。（例えばＶ相が唯一「Ｌ」であ
れば、保持電圧ｓｐｌ１にはＶ相の逆方向電流−Ｉｖの
値が検出されて保持される。）一方、アナログスイッチ
１６３は、制御信号であるＧ１ＨからＧ３Ｌが電圧Ｖ
ｕ、Ｖｖ及びＶｗの内、２相を「Ｌ」、１相を「Ｈ」と
する状態において、アナログスイッチ１６３はオンし、
その時の電圧ＶＩｃｏｍをコンデンサ１６４に保持す
る。それにより、電圧Ｖｕ、Ｖｖ及びＶｗの内、唯一
「Ｈ」である相の電流値が検出され、その値はコンデン
サ１６４に保持電圧ｓｐｌ２として保持される。（例え
ばＷ相が唯一「Ｈ」であれば、保持電圧ｓｐｌ２にはＷ
相の電流Ｉｗの値が検出されて保持される。）ところで
上記信号Ｇ１ＨからＧ３Ｌは、図１において既に説明し
たとおり、パルス幅変調（ＰＷＭ）コンパレータ４０の
出力信号でもあり、例えば１７ｋＨｚ〜２０ｋＨｚ程度
の高い周波数で「Ｌ」及び「Ｈ」の各レベルを繰り返
す。そして給電器２０の３相出力端子の電圧Ｖｕ、Ｖｖ
及びＶｗはこれに連動して「Ｌ」及び「Ｈ」の各レベル
を繰り返すように動作する。このような動作において、
アナログスイッチ１６５がオンする状態つまり電圧Ｖ
ｕ、Ｖｖ及びＶｗの内、２相が「Ｈ」、１相が「Ｌ」と
なる状態と、アナログスイッチ１６３がオンする状態つ
まり電圧Ｖｕ、Ｖｖ及びＶｗの内、２相が「Ｌ」、１相
が「Ｈ」となる状態とは、図１８に示すように、同時に
発生することはないが、近接して発生する。すなわち保
持電圧ｓｐｌ１とｓｐｌ２には、３相のコイル電流の
内、異なる２相の電流値（例えば−ＩｖとＩｗ）が検出
されて保持されていることになる。このように２つの相
のコイル電流（例えば−ＩｖとＩｗ）が検出できれば、
残り１つの相のコイル電流（例えばＩｕ）は、３相のコ
イル電流の和がゼロであることから容易に求めることが
できる。そして、コンデンサ１６６の保持電圧ｓｐｌ
１、コンデンサ１６４の保持電圧ｓｐｌ２の両方の保持
電圧が一致するタイミング、は２つの相のコイル電流
（例えば−ＩｖとＩｗ）が一致するタイミングであり、
残り１つの相の電流（例えばＩｕ）がゼロのタイミング
である。すなわち、保持電圧ｓｐｌ１とｓｐｌ２とをコ
ンパレータ１６７により比較し、その出力が、例えば
「Ｈ」から「Ｌ」に切り換わるタイミングとして、Ｕ相
電流のゼロクロスのタイミングを検出できる。なお、Ｖ
相及びＷ相電流のそれぞれのゼロクロスのタイミングも
同様にして検出できる。

【００５４】図１９は、相電流のゼロクロスタイミング
検出の様子を図１８の時間軸を縮めて描いた図である。
保持電圧ｓｐｌ１＝保持電圧ｓｐｌ２のタイミングがＵ
相電流Ｉｕのゼロクロスのタイミングであり、ゼロクロ
ス検出器６１の出力、すなわち、信号Ｃｚが、「Ｈ」か
ら「Ｌ」に切り換わるエッジのタイミングとして得られ
る。

【００５５】次に、図１６におけるＵ相電流位相遅れ検
出器６３の動作ついて説明する。タイマー１６８は、信
号Ｈｕと内挿器８０の電圧制御発振器８５の出力信号Ｃ
Ｋとを入力し、アナログスイッチ１６９に所定のパルス
幅を有した制御信号Ｐｚを出力する。ここで、図１７に
示すように、タイマー１６８は、信号Ｈｕの立ち上がり
エッジを計時開始タイミングとし、信号ＣＫをクロック
信号として計時し、そして、制御信号Ｐｚを、Ｕ相逆起
電圧のゼロクロスタイミングを中心とした所定のパルス
幅の間「Ｈ」とする信号として生成する。この信号Ｐｚ
の「Ｈ」幅の期間のみアナログスイッチ１６９をオンと
し、上記信号Ｃｚを信号ＣＰＨとしてそのスイッチ１６
９を通過させる。この信号ＣＰＨの幅は、信号Ｐｚの
「Ｈ」幅に等しく、「Ｈ」と「Ｌ」とのデューティ比が
５０％、すなわち、「Ｈ」期間と「Ｌ」期間とが等しく
なる時が、相電流位相の逆起電圧位相に対する遅れがゼ
ロの時となる。

【００５６】本発明の実施例では、図１に示すように、
進角制御器６０の出力、すなわち位相差制御信号ＣＰＨ
を位置信号内挿器８０に対して入力する。それにより、
駆動波形生成器７０から出力される３相階段状波形の電
圧出力の位相を進め、各相コイルに発生する逆起電力に
対する位相と同コイルを連続的に変化する交番電流（正
弦波状電流）の位相とが一致するように進角制御が自動
的に行われる。

【００５７】これにより、例えばモータの負荷状態が変
わったりしても、いつも高効率な駆動が可能である。

【００５８】なお、図１に示す第１の実施例は、Ｕ相に
対応する位置信号Ｈｕが入力される１つの位置信号内挿
器８０を備えた場合の例であるが、位置信号Ｈｖ及び位
置信号Ｈｗのそれぞれに対応して、個別に位置信号内挿
器を備えても良い。この場合は、それら位置信号内挿器
ごとに後続の駆動波形生成器を設ける。各駆動波形生成
器には、各位置信号内挿器からそれぞれ対応する相の分
割アドレス信号を入力し、その分割アドレス信号の各ア
ドレスに対応して予め設定された各電圧レベルを有した
階段状波形を電圧出力するようにしても良い。

【００５９】さらに、上記実施例においては、Ｕ相電流
のみゼロクロス検出を行うようにしたが、２相又は３相
についてゼロクロス検出して、各相の検出結果を合成し
て、その合成信号を進角制御に用いるようにしても良
い。

【００６０】また、例えば、位置信号内挿、駆動波形生
成、進角制御などにおける信号処理を、マイコンやソフ
トウエアを用いて行っても良いことは言うまでもない。

【００６１】（第２の実施例）図４は本発明の第２の実
施例に係るモータの駆動装置の回路構成図である。

【００６２】本第２の実施例が図１に示す第１の実施例
と異なるのは次の点である。第１の実施例では、各セレ
クタより出力された信号をＰＷＭコンパレータ４０、ゲ
ートドライバ３０を介して、給電器２０を構成する６個
のトランジスタのゲートに、ＰＷＭ変調した３相駆動信
号を印加することによりコイルに電流を流している。一
方、本第２の実施例は図４に示すように、セレクタ１５
１からの出力信号は増幅器１３１を介してバイポーラト
ランジスタ１２１及び１２２の各ベースに駆動信号とし
て印加される。セレクタ１５３からの出力信号は増幅器
１３３を介してバイポーラトランジスタ１２３及び１２
４の各ベースに駆動信号として印加される。同様に、セ
レクタ１５５からの出力信号は増幅器１３５を介してバ
イポーラトランジスタ１２５及び１２６の各ベースに駆
動信号として印加される。その他の構成は、図１に示す
第１の実施例と同様である。このように構成された本第
２の実施例の駆動装置では、駆動波形生成器７０で生成
される階段状電圧波形を各セレクタを介した後、各増幅
器で信号増幅し、６個のトランジスタで電力増幅し、３
相駆動コイル１１、１３、１５に連続的に変化する交番
電流（正弦波状電流）を流す。内挿器８０や駆動波形生
成器７０の構成及び動作、進角制御器（図示せず）から
の位相差制御信号ＣＰＨによる進角制御などは第１の実
施例と同様であり、同様の効果が期待できる。

【００６３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、階段状駆
動波形を生成するに際して、波形データを予め書き込ん
でおくためのＲＯＭテーブルを持つ必要がなく、ステッ
プ分割数、電圧レベル分割数が比較的小さく、構成が簡
素な駆動波形生成器を用いる。その駆動波形生成器に対
応した各相駆動信号を給電器に印加する。それにより、
正弦波状の連続的に変化する交番電流を各相コイルに流
す。さらに、進角制御を行うことにより、各相コイルに
発生する逆起電力と各相電流との位相を一致させる。進
角制御にあたって、相電流ゼロクロスをコモン電流に基
づき検出するようにしたので、各相ごとに独立して相電
流を検出するような必要がなく構成が簡単である。この
構成により、本発明のモータの駆動装置は、トルクリッ
プル並びに振動、騒音が小さいというばかりでなく、例
えばモータの負荷状態が変わったりしても、いつも高効
率な駆動が可能であるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係るモータ駆動装置の
回路構成図

【図２】（Ａ）は同装置において、起動から低速時にお
ける各相コイルへの印加電圧が矩形波の場合のモータ回
転角（電気角）に対する各部の信号波形図（Ｂ）は同装置において、定常回転時におけるモータ回
転角（電気角）に対する各部の信号波形を示す図

【図３】同装置において、各相コイルへの印加電圧をパ
ルス幅変調（ＰＷＭ）する様子を示す図

【図４】本発明の第２の実施例に係るモータ駆動装置の
回路構成図

【図５】本実施例に係るモータの駆動装置における主要
回路部の構成図

【図６】図５における駆動波形生成器のアナログスイッ
チ部の詳細図

【図７】本実施例に係るモータ駆動装置おける駆動波形
生成の動作説明図

【図８】本実施例に係るモータ駆動装置おける駆動波形
生成の動作説明図

【図９】同装置における各相コイル端とコイル中性点と
の間に印加される電圧波形において、基本波の次数とそ
の基本波に対する電圧レベルとの関係を示す図［階段状
波形の段階設定９（ｎ＝３の時の３ｎの場合）］

【図１０】各相コイルへの印加電圧が矩形波の場合にお
ける基本波の次数とその基本波に対する電圧レベルとの
関係を示す図

【図１１】同装置における各相コイル端とコイル中性点
との間に印加される電圧波形において、基本波の次数と
その基本波に対する電圧レベルとの関係を示す図［段階
設定１０（ｎ＝３の時の３ｎ＋１の場合）］

【図１２】同装置における各相コイル端とコイル中性点
との間に印加される電圧波形において、基本波の次数と
その基本波に対する電圧レベルとの関係を示す図［段階
設定７（ｎ＝２の時の３ｎ＋１の場合）］

【図１３】同装置における各相コイル端とコイル中性点
との間に印加される電圧波形において、基本波の次数と
その基本波に対する電圧レベルとの関係を示す図［段階
設定６（ｎ＝２の時の３ｎの場合）］

【図１４】同装置における相電流の位相調整の動作説明
図

【図１５】同装置における相電流の位相調整の動作説明
図

【図１６】同装置における進角制御器の回路構成図

【図１７】同装置における進角制御の動作説明図

【図１８】同装置における各相交番電流のゼロクロスタ
イミング検出の様子を説明する図

【図１９】同装置における各相交番電流のゼロクロスタ
イミング検出の様子を説明する図

【図２０】従来におけるモータの駆動装置の回路構成図

【図２１】図２０に示す同装置における各相コイルへの
印加電圧が矩形波の場合のモータ回転角（電気角）に対
する各部の信号波形図

【符号の説明】

１１，１３，１５駆動コイル２０給電器６０進角制御器７０駆動波形生成器８０内挿器９０３相分配器１０１，１０３，１０５位置検出器

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１３年４月２３日（２００１．４．２
３）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１６】一方、３相分配器９０は、互いに電気角で
１２０度位相の異なる位置検出信号Ｈｕ、Ｈｖ及びＨｗ
を入力し、図２Ａに示すような３相分配信号Ｕ１、Ｖ１
及びＷ１を出力する。３＊ＦＧ回路１００は、同信号Ｈ
ｕ、Ｈｖ及びＨｗを入力し、それら３つの信号を合成す
ることにより、それら各信号に比べ３倍の周波数を有す
る速度信号を低速検知回路５７に出力する。また、タイ
マー５９は時間信号を低速検知回路５７に出力する。低
速検知回路５７は、タイマー５９によって速度信号の周
期を計測し、その周期が所定時間以下に達するまでは、
モータ速度がまだ低速であるとし、セレクタ５１、セレ
クタ５３及びセレクタ５５に対して、３相分配回路９０
の出力信号Ｕ１、Ｖ１及びＷ１を選択するように指示す
る。速度信号の周期が上記所定時間以下に達した場合
は、低速検知回路５７は、モータ速度が定常回転速度に
なったとし、セレクタ５１、５３及び５５に対して、駆
動波形生成器７０の出力である図２Ｂに示すような階段
状電圧波形Ｕ２、Ｖ２及びＷ２を選択するように指示す
る。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４４】同様に、アナログスイッチ１６３の制御端
子にも、信号Ｇ１ＨからＧ３Ｌがタイミング検出器１６
０を介して入力される。コンパレータ１６７は、相電流
ゼロクロス検出信号Ｃｚを出力する。そのコンパレータ
１６７の出力は、相電流位相遅れ検出器６３のアナロク
スイッチ１６９に接続される。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５２】このことから分かるように、給電器２０の
３相出力端子の電圧Ｖｕ、Ｖｖ及びＶｗの内、２相が
「Ｈ」、１相が「Ｌ」のとき、唯一「Ｌ」である相のコ
イル電流の極性を反転した電流がコモン電流Ｉｃｏｍと
して流れる。（例えば、電圧Ｖｖのみが「Ｌ」のとき、
Ｉｃｏｍ＝−Ｉｖとなる。）また電圧Ｖｕ、Ｖｖ及びＶｗの内、２相が「Ｌ」、１相
が「Ｈ」のとき、唯一「Ｈ」である相のコイル電流がコ
モン電流Ｉｃｏｍとして流れる。（例えば、電圧Ｖｗの
みが「Ｈ」のとき、Ｉｃｏｍ＝Ｉｗとなる。）なお上記説明においては、電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ及びＩ
ｃｏｍの方向を図１に矢印で示した方向を正方向として
いる。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５３】したがって、図１６に示す相電流ゼロクロ
ス検出器６１おいて、アナログスイッチ１６５は、制御
信号であるＧ１ＨからＧ３Ｌが電圧Ｖｕ、Ｖｖ及びＶｗ
の内、２相を「Ｈ」、１相を「Ｌ」とする状態におい
て、アナログスイッチ１６５はオンし、その時の電圧Ｖ
Ｉｃｏｍをコンデンサ１６６に保持する。それにより、
電圧Ｖｕ、Ｖｖ及びＶｗの内、唯一「Ｌ」である相の電
流の極性を反転した電流値が検出され、その値はコンデ
ンサ１６６に保持電圧ｓｐｌ１として保持される。（例
えばＶ相が唯一「Ｌ」であれば、保持電圧ｓｐｌ１には
Ｖ相の逆方向電流−Ｉｖの値が検出されて保持され
る。）一方、アナログスイッチ１６３は、制御信号であ
るＧ１ＨからＧ３Ｌが電圧Ｖｕ、Ｖｖ及びＶｗの内、２
相を「Ｌ」、１相を「Ｈ」とする状態において、アナロ
グスイッチ１６３はオンし、その時の電圧ＶＩｃｏｍを
コンデンサ１６４に保持する。それにより、電圧Ｖｕ、
Ｖｖ及びＶｗの内、唯一「Ｈ」である相の電流値が検出
され、その値はコンデンサ１６４に保持電圧ｓｐｌ２と
して保持される。（例えばＷ相が唯一「Ｈ」であれば、
保持電圧ｓｐｌ２にはＷ相の電流Ｉｗの値が検出されて
保持される。）ところで上記信号Ｇ１ＨからＧ３Ｌは、
図１において既に説明したとおり、パルス幅変調（ＰＷ
Ｍ）コンパレータ４０の出力信号でもあり、例えば１７
ｋＨｚ〜２０ｋＨｚ程度の高い周波数で「Ｌ」及び
「Ｈ」の各レベルを繰り返す。そして給電器２０の３相
出力端子の電圧Ｖｕ、Ｖｖ及びＶｗはこれに連動して
「Ｌ」及び「Ｈ」の各レベルを繰り返すように動作す
る。このような動作において、アナログスイッチ１６５
がオンする状態つまり電圧Ｖｕ、Ｖｖ及びＶｗの内、２
相が「Ｈ」、１相が「Ｌ」となる状態と、アナログスイ
ッチ１６３がオンする状態つまり電圧Ｖｕ、Ｖｖ及びＶ
ｗの内、２相が「Ｌ」、１相が「Ｈ」となる状態とは、
図１８に示すように、同時に発生することはないが、近
接して発生する。すなわち保持電圧ｓｐｌ１とｓｐｌ２
には、３相のコイル電流の内、ほぼ同時期の異なる２相
の電流値（例えば−ＩｖとＩｗ）が検出されて保持され
ていることになる。このように２つの相のコイル電流
（例えば−ＩｖとＩｗ）が検出できれば、残り１つの相
のコイル電流（例えばＩｕ）は、３相のコイル電流の和
がゼロであることから容易に求めることができる。そし
て、コンデンサ１６６の保持電圧ｓｐｌ１、コンデンサ
１６４の保持電圧ｓｐｌ２の両方の保持電圧が一致する
タイミングは２つの相のコイル電流（例えば−ＩｖとＩ
ｗ）が一致するタイミングであり、残り１つの相の電流
（例えばＩｕ）がゼロのタイミングである。すなわち、
保持電圧ｓｐｌ１とｓｐｌ２とをコンパレータ１６７に
より比較し、その出力が、例えば「Ｈ」から「Ｌ」に切
り換わるタイミングとして、Ｕ相電流のゼロクロスのタ
イミングを検出できる。なお、Ｖ相及びＷ相電流のそれ
ぞれのゼロクロスのタイミングも同様にして検出でき
る。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】３相の駆動コイルと、直流電源に接続さ
れ、前記各相コイルに給電するための給電器と、前記各
相コイルに対する前記モータの可動子位置を検出するた
めの位置検出器と、前記位置検出器の出力から生成され
た少なくとも１相の位置信号の電気角１周期を、３ｎ×
４個（ｎは１以上の整数）の周期に分割するための、前
記少なくとも１相に備えられた位置信号内挿器と、前記
位置信号内挿器から分割アドレス信号を入力し、その分
割アドレス信号の各アドレスに対応して予め設定された
各電圧レベル（電圧レベルは３ｎ＋１個を超えない段階
に設定）を有した階段状波形を３相分生成すると共に、
それらを電圧出力するための駆動波形生成器とを含み、
前記３相階段状波形のそれぞれに対応した各相駆動信号
を前記給電器に印加することにより前記各相コイルを連
続的に変化する交番電流にて駆動するようにしたモータ
駆動装置。
【請求項２】駆動波形生成器における３ｎ＋１を超え
ない段階の電圧レベル設定は、３ｎ個を超えない数の抵
抗器を直列接続して構成した電圧分割器を用いて行うよ
うにした請求項１記載のモータ駆動装置。
【請求項３】少なくとも１相につきに、位置信号と分
割アドレス信号との位相差を位置信号内挿器に対して入
力される位相差制御信号に基づき制御することにより前
記位置信号と階段状波形との位相差を調整可能とした請
求項１記載のモータ駆動装置。
【請求項４】位置信号と階段状波形との位相差を調整可
能とすることにより前記位置信号に対してそれぞれ所定
の位相関係にあるコイルの誘起電圧と、前記階段状波形
に応じて前記コイルに印加される交番電圧との位相差を
調整するようにした請求項３記載のモータ駆動装置。
【請求項５】位置信号内挿器に対して位相差制御信号
を出力するための進角制御器を含み、前記位相差制御信
号を用いて階段状波形を位相進角させることにより少な
くとも１相のコイルの誘起電圧の位相と前記コイルに流
れる交番電流の位相とが一致するように制御するように
した請求項３記載のモータ駆動装置。
【請求項６】位置信号内挿器に対して位相差制御信号
を出力するための進角制御器を含み、前記位相差制御信
号を用いて階段状波形を位相進角させることにより少な
くとも１相のコイルの誘起電圧のゼロクロスタイミング
と前記コイルに流れる交番電流のゼロクロスタイミング
とが一致するように制御するようにした請求項３記載の
モータ駆動装置。
【請求項７】少なくとも１相の交番電流のゼロクロス
タイミングを、直流電源と給電器とを結ぶ線路に流れる
コモン電流を用いて検出するようにした請求項６記載の
モータ駆動装置。
【請求項８】３相の駆動コイルと、直流電源に接続さ
れ、前記各相コイルに給電するための給電器と、前記各
相コイルに対するモータの可動子位置を検出するための
位置検出器と、前記位置検出器の出力から生成された各
相位置信号の電気角１周期を、３ｎ×４個（ｎは１以上
の整数）の周期に分割するための各相毎に備えられた位
置信号内挿器と、前記位置信号内挿器から分割アドレス
信号を入力し、その分割アドレス信号の各アドレスに対
応して予め設定された各電圧レベル（電圧レベルは３ｎ
＋１個を超えない段階に設定）を有した階段状波形をそ
れぞれ電圧出力するための各相毎に備えられた駆動波形
生成器とを含み、前記階段状波形のそれぞれに対応した
各相駆動信号を前記給電器に印加することにより前記各
相コイルを連続的に変化する交番電流にて駆動するよう
にしたモータ駆動装置。
【請求項９】駆動波形生成器における３ｎ＋１を超え
ない段階の電圧レベル設定は、３ｎ個を超えない数の抵
抗器を直列接続して構成した電圧分割器を用いて行うよ
うにした請求項８記載のモータ駆動装置。
【請求項１０】各相毎に位置信号と分割アドレス信号
との位相差を位置信号内挿器に対して入力される位相差
制御信号に基づき制御することにより前記位置信号と階
段状波形との位相差を調整可能とした請求項８記載のモ
ータ駆動装置。
【請求項１１】各相位置信号と各相階段状波形との位
相差を調整可能とすることにより前記各相位置信号に対
してそれぞれ所定の位相関係にある各相コイルの誘起電
圧と前記各相階段状波形に応じて前記各相コイルに印加
される交番電圧との位相差を調整するようにした請求項
１０記載のモータ駆動装置。
【請求項１２】位置信号内挿器に対して位相差制御信
号を出力するための各相ごとに備えられた進角制御器を
含み、前記位相差制御信号を用いて階段状波形を位相進
角させることにより各相コイルの誘起電圧の位相と前記
各相コイルの交番電流の位相とが一致するように制御す
るようにした請求項１０記載のモータ駆動装置。
【請求項１３】位置信号内挿器に対して位相差制御信
号を出力するための各相ごとに備えられた進角制御器を
含み、前記位相差制御信号を用いて階段状波形を位相進
角させることにより各相コイルの誘起電圧のゼロクロス
タイミングと前記各相コイルに流れる交番電流のゼロク
ロスタイミングとが一致するように制御するようにした
請求項１０記載のモータ駆動装置。
【請求項１４】各相交番電流のゼロクロスタイミング
を直流電源と給電器とを結ぶ線路に流れるコモン電流を
用いて検出するようにした請求項１３記載のモータ駆動
装置。
【請求項１５】請求項１〜１４のいずれか1項記載の
モータ駆動装置を送風用ファンモータに採用した空調機
器。
【請求項１６】請求項１〜１４のいずれか1項記載の
モータ駆動装置を送風用ファンモータに採用した空気清
浄機。
【請求項１７】請求項１〜１４のいずれか1項記載の
モータ駆動装置を燃焼ファンモータに採用した給湯機。
【請求項１８】請求項１〜１４のいずれか1項記載の
モータ駆動装置を駆動系に搭載した複写機。
【請求項１９】請求項１〜１４のいずれか1項記載の
モータ駆動装置を駆動系に搭載したプリンタ。