JP6991008B2 - モータ制御回路、及びモータ装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータ制御回路、及びモータ装置に関する。

ブラシレスモータの効率を改善する方法として、ブラシレスモータを制御する際に、導通期間の後に惰性回転期間を設けることがある。従来、この惰性回転期間において、スイッチに備えられた寄生ダイオードを利用し電流を流し続けていた。寄生ダイオードを利用し電流を流し続ける場合、ブラシレスモータの損失が大きくなり、また寄生ダイオードから発熱が発生してしまう。慣性回転期間において還流電流を流す方法として、寄生ダイオードを利用し電流を流し続ける代わりに、寄生ダイオードが備えられるスイッチをＯＮ状態にすることにより還流電流を流す方法が開示されている（例えば、特許文献１）。

特開２０１５－２６７０号公報

しかしながら、特許文献１に記載されるような従来技術によると、惰性回転期間が比較的長い場合には、モータの逆起電力により逆回転方向のトルク（いわゆるマイナストルク）が生じ、効率の改善の程度が抑制されてしまうという問題があった。

本発明の一実施形態は、ブラシレスモータの駆動コイルの一端にそれぞれ接続された第１ハイサイドスイッチ及び第１ローサイドスイッチと、前記駆動コイルの他端にそれぞれ接続された第２ハイサイドスイッチ及び第２ローサイドスイッチとを備え、前記第１ハイサイドスイッチと、前記第１ローサイドスイッチと、前記第２ハイサイドスイッチと、前記第２ローサイドスイッチとをそれぞれ導通状態又は遮断状態にすることにより、ブラシレスモータを回転駆動するモータ制御回路であって、前記第１ハイサイドスイッチと前記第２ローサイドスイッチとを導通状態にし、前記第２ハイサイドスイッチと前記第１ローサイドスイッチとを遮断状態にして、前記駆動コイルに正方向の駆動電流を供給する第１通電状態と、前記第１ハイサイドスイッチと前記第２ローサイドスイッチとを遮断状態にし、第２ハイサイドスイッチと前記第１ローサイドスイッチとを導通状態にして、前記駆動コイルに負方向の駆動電流を供給する第２通電状態と、前記第１通電状態の後に、前記第１ハイサイドスイッチと前記第２ハイサイドスイッチとを遮断状態にし、前記第１ローサイドスイッチと前記第２ローサイドスイッチとのうち少なくとも前記第２ローサイドスイッチを導通状態にして、又は、前記第１ローサイドスイッチと前記第２ローサイドスイッチを遮断状態にし、前記第１ハイサイドスイッチと前記第２ハイサイドスイッチとのうち少なくとも前記第１ハイサイドスイッチを導通状態にして、前記駆動コイルに還流電流を流す第１還流状態と、前記第２通電状態の後に、前記第１ハイサイドスイッチと前記第２ハイサイドスイッチとを遮断状態にし、前記第１ローサイドスイッチと前記第２ローサイドスイッチとのうち少なくとも前記第１ローサイドスイッチを導通状態にして、又は、前記第１ローサイドスイッチと前記第２ローサイドスイッチを遮断状態にし、前記第１ハイサイドスイッチと前記第２ハイサイドスイッチとのうち少なくとも前記第２ハイサイドスイッチを導通状態にして、前記駆動コイルに還流電流を流す第２還流状態と、前記第１還流状態と当該第１還流状態の後の前記第２通電状態との間において、前記第１ハイサイドスイッチと、前記第１ローサイドスイッチと、前記第２ハイサイドスイッチと、前記第２ローサイドスイッチとのうち前記第１還流状態において遮断状態であったスイッチを含む少なくとも３つのスイッチを遮断状態にする第１無通電状態と前記第２還流状態と当該第２還流状態の後の前記第１通電状態との間において、前記第１ハイサイドスイッチと、前記第１ローサイドスイッチと、前記第２ハイサイドスイッチと、前記第２ローサイドスイッチとのうち前記第２還流状態において遮断状態であったスイッチを含む少なくとも３つのスイッチを遮断状態にする第２無通電状態とを有し、前記還流電流を流し始めてからマイナストルクが発生するまでの限界時間を実験的に求めておくと共に、当該限界時間と前記ブラシレスモータのロータ回転数との関係に基づいて、前記ブラシレスモータの負荷状態と還流状態継続電気角との関係を求めておき、前記第１還流状態が継続している期間の電気角の変化量が、前記ブラシレスモータの前記負荷状態に応じた前記還流状態継続電気角に達したタイミングで、前記第１還流状態から前記第１無通電状態に切り替え、前記第２還流状態が継続している期間の電気角の変化量が、前記ブラシレスモータの前記負荷状態に応じた前記還流状態継続電気角に達したタイミングで、前記第２還流状態から前記第２無通電状態に切り替えるモータ制御回路である。
本発明の一実施形態は、ブラシレスモータの駆動コイルの一端にそれぞれ接続された第１ハイサイドスイッチ及び第１ローサイドスイッチと、前記駆動コイルの他端にそれぞれ接続された第２ハイサイドスイッチ及び第２ローサイドスイッチとを備え、前記第１ハイサイドスイッチと、前記第１ローサイドスイッチと、前記第２ハイサイドスイッチと、前記第２ローサイドスイッチとをそれぞれ導通状態又は遮断状態にすることにより、ブラシレスモータを回転駆動するモータ制御回路であって、前記第１ハイサイドスイッチと前記第２ローサイドスイッチとを導通状態にし、前記第２ハイサイドスイッチと前記第１ローサイドスイッチとを遮断状態にして、前記駆動コイルに正方向の駆動電流を供給する第１通電状態と、前記第１ハイサイドスイッチと前記第２ローサイドスイッチとを遮断状態にし、第２ハイサイドスイッチと前記第１ローサイドスイッチとを導通状態にして、前記駆動コイルに負方向の駆動電流を供給する第２通電状態と、前記第１通電状態の後に、前記第１ハイサイドスイッチと前記第２ハイサイドスイッチとを遮断状態にし、前記第１ローサイドスイッチと前記第２ローサイドスイッチとのうち少なくとも前記第２ローサイドスイッチを導通状態にして、又は、前記第１ローサイドスイッチと前記第２ローサイドスイッチを遮断状態にし、前記第１ハイサイドスイッチと前記第２ハイサイドスイッチとのうち少なくとも前記第１ハイサイドスイッチを導通状態にして、前記駆動コイルに正方向の還流電流を流す第１還流状態と、前記第２通電状態の後に、前記第１ハイサイドスイッチと前記第２ハイサイドスイッチとを遮断状態にし、前記第１ローサイドスイッチと前記第２ローサイドスイッチとのうち少なくとも前記第１ローサイドスイッチを導通状態にして、又は、前記第１ローサイドスイッチと前記第２ローサイドスイッチを遮断状態にし、前記第１ハイサイドスイッチと前記第２ハイサイドスイッチとのうち少なくとも前記第２ハイサイドスイッチを導通状態にして、前記駆動コイルに負方向の還流電流を流す第２還流状態と、前記第１還流状態と当該第１還流状態の後の前記第２通電状態との間において、前記第１ハイサイドスイッチと、前記第１ローサイドスイッチと、前記第２ハイサイドスイッチと、前記第２ローサイドスイッチとのうち前記第１還流状態において遮断状態であったスイッチを含む少なくとも３つのスイッチを遮断状態にする第１無通電状態と、前記第２還流状態と当該第２還流状態の後の前記第１通電状態との間において、前記第１ハイサイドスイッチと、前記第１ローサイドスイッチと、前記第２ハイサイドスイッチと、前記第２ローサイドスイッチとのうち前記第２還流状態において遮断状態であったスイッチを含む少なくとも３つのスイッチを遮断状態にする第２無通電状態とを有し、前記第１通電状態から前記第１還流状態に切り替わる直前の駆動電流値と前記駆動コイルのインダクタンス値とに基づいて、前記駆動コイルに蓄積されているエネルギを算出し、当該エネルギに基づいて、前記第１還流状態の継続時間を算出し、実測した前記第１還流状態の継続時間が算出した前記第１還流状態の継続時間に達したタイミングで、前記第１還流状態から前記第１無通電状態に切り替え、前記第２通電状態から前記第２還流状態に切り替わる直前の駆動電流値と前記駆動コイルのインダクタンス値とに基づいて、前記駆動コイルに蓄積されているエネルギを算出し、当該エネルギに基づいて、前記第２還流状態の継続時間を算出し、実測した前記第２還流状態の継続時間が算出した前記第２還流状態の継続時間に達したタイミングで、前記第２還流状態から前記第２無通電状態に切り替えるモータ制御回路である。

本発明の一実施形態は、上述のモータ制御回路において、前記第１還流状態及び前記第２還流状態において、前記第１ハイサイドスイッチと前記第２ハイサイドスイッチとを遮断状態にし、前記第１ローサイドスイッチと前記第２ローサイドスイッチとを導通状態にして、前記駆動コイルに還流電流を流し、前記第１無通電状態及び前記第２無通電状態において、前記第１ハイサイドスイッチと、前記第１ローサイドスイッチと、前記第２ハイサイドスイッチと、前記第２ローサイドスイッチと遮断状態にする。

本発明の一実施形態は、上述のモータ制御回路と、前記モータ制御回路によって駆動されるブラシレスモータとを備えるモータ装置である。

本発明によれば、いわゆるマイナストルクの発生を低減して、ブラシレスモータの効率を改善することができるモータ制御回路、及びモータ装置を提供することができる。

本実施形態のモータ装置の構成の一例を示す図である。 本実施形態の制御部によるスイッチの制御状態の一例を示す図である。 本実施形態の還流状態継続電気角の一例を示す図である。 本実施形態の電流検出部を備えるモータ制御回路の構成の一例を示す図である。 本実施形態の電流検出部を備えるモータ制御回路の構成の変形例を示す図である。

［実施形態］
以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態のモータ装置１の構成の一例を示す図である。このモータ装置１は、例えば、掃除機や電動ドライバなどの電動機器、特に可搬型の電動機器に備えられる。モータ装置１は、ブラシレスモータＭＴＲと、位置検出部ＨＳと、バッテリＢＡＴと、モータ制御回路１０とを備える。
ブラシレスモータＭＴＲは、ロータＲＴと駆動コイルＣＬとを備えている。このブラシレスモータＭＴＲとは、例えば単相ブラシレスモータである。ブラシレスモータＭＴＲは、駆動コイルＣＬに供給される電流によって生じる磁力と、ロータＲＴが備える永久磁石の磁力とによる吸引力又は反発力により、ロータＲＴを回転させる。
位置検出部ＨＳは、例えばホール素子などの磁気センサを備えており、ロータＲＴの回転位置（例えば、電気角）を検出する。位置検出部ＨＳは、検出したロータＲＴの回転位置を示す回転位置情報をモータ制御回路１０に対して出力する。
バッテリＢＡＴは、例えば、ニッケルカドミウム電池やリチウムイオン電池などの二次電池であり、モータ制御回路１０に対して電力を供給する。なお、このバッテリＢＡＴは、二次電池に限られず、乾電池などの一次電池であってもよい。
モータ制御回路１０は、バッテリＢＡＴから供給される電力を駆動コイルＣＬに供給することにより、ロータＲＴを回転させる。モータ制御回路１０は、位置検出部ＨＳが出力するロータＲＴの回転位置情報に応じて駆動コイルＣＬに供給される電流の向きを変化させることにより、ロータＲＴを一方向に回転させる。以下、このモータ制御回路１０のより具体的な構成について説明する。

［モータ制御回路１０の構成］
モータ制御回路１０は、端子Ｔ１～Ｔ４を備える。端子Ｔ１は、バッテリＢＡＴの正極に接続される。端子Ｔ２は、バッテリＢＡＴの負極に接続される。端子Ｔ３は、ブラシレスモータＭＴＲの駆動コイルＣＬの一端に接続される。端子Ｔ４は、駆動コイルＣＬの他端に接続される。

また、モータ制御回路１０は、第１ハイサイドスイッチＱ１と、第１ローサイドスイッチＱ２と、第２ハイサイドスイッチＱ３と、第２ローサイドスイッチＱ４とを備える。第１ハイサイドスイッチＱ１は、モータ制御回路１０内の接続点ＣＰ１１と接続点ＣＰ１３との間に接続される。第１ローサイドスイッチＱ２は、接続点ＣＰ１３と接続点ＣＰ１２との間に接続される。第２ハイサイドスイッチＱ３は、接続点ＣＰ１１と接続点ＣＰ１４との間に接続される。第２ローサイドスイッチＱ４は、接続点ＣＰ１４と接続点ＣＰ１２との間に接続される。なお以下の説明において、これら４個のスイッチを区別しない場合には、スイッチＱと総称する。これらのスイッチＱは、いわゆるＨ（エイチ）・ブリッジを構成する。

また、モータ制御回路１０は、制御部１１０と、記憶部１２０を備える。記憶部１２０には、制御部１１０による制御用のプログラムやデータが予め記憶されている。
制御部１１０は、位置検出部ＨＳが検出するロータＲＴの回転位置情報に基づいて、上述の各スイッチＱをＯＮ状態（導通状態）又はＯＦＦ状態（遮断状態）に切り替える。
例えば、第１ハイサイドスイッチＱ１及び第２ローサイドスイッチＱ４がいずれもＯＮ状態であり、第１ローサイドスイッチＱ２及び第２ハイサイドスイッチＱ３がいずれもＯＦＦ状態である場合、端子Ｔ３から駆動コイルＣＬを介して端子Ｔ４に戻る駆動電流ｉａが流れる。この駆動電流ｉａを正方向の駆動電流とも称する。
また例えば、第１ハイサイドスイッチＱ１及び第２ローサイドスイッチＱ４がいずれもＯＦＦ状態であり、第１ローサイドスイッチＱ２及び第２ハイサイドスイッチＱ３がいずれもＯＮ状態である場合、端子Ｔ４から駆動コイルＣＬを介して端子Ｔ３に駆動電流ｉｂが流れる。この駆動電流ｉｂを負方向の駆動電流とも称する。
以下、図２を参照して制御部１１０によるスイッチＱの制御状態について説明する。

［制御状態］
図２は、本実施形態の制御部１１０によるスイッチＱの制御状態の一例を示す図である。制御部１１０によるスイッチＱの制御状態は、（１）駆動状態、（２）還流状態、（３）無通電状態の３種類に分けられる。

（１）駆動状態
駆動状態とは、バッテリＢＡＴから駆動コイルＣＬに駆動電流を供給してロータＲＴに回転力を与える状態である。この駆動状態には、上述した駆動電流ｉａ（正方向の駆動電流）が流れる状態と、駆動電流ｉｂ（負方向の駆動電流）が流れる状態とがある。以下の説明では、駆動電流ｉａが流れる状態を第１駆動状態ＳＴ１－１とも称し、駆動電流ｉｂが流れる状態を第２駆動状態ＳＴ１－２とも称する。
図２に示す一例において、時刻ｔ１１から時刻ｔ１２までの区間、及び時刻ｔ２１から時刻ｔ２２までの区間が第１駆動状態ＳＴ１－１である。また、同図に示す一例において、時刻ｔ１４から時刻ｔ１５までの区間、及び時刻ｔ２４から時刻ｔ２５までの区間が第２駆動状態ＳＴ１－２である。

（２）還流状態
還流状態ＳＴ２とは、バッテリＢＡＴから駆動コイルＣＬに駆動電流を供給せずに、駆動コイルＣＬに還流電流を流す状態である。この還流状態ＳＴ２において、制御部１１０は、第１ハイサイドスイッチＱ１及び第２ハイサイドスイッチＱ３をいずれもＯＦＦ状態にし、第１ローサイドスイッチＱ２及び第２ローサイドスイッチＱ４をいずれもＯＮ状態にする。
図２に示す一例において、時刻ｔ１２から時刻ｔ１３までの区間、時刻ｔ１５から時刻ｔ１６までの区間、時刻ｔ２２から時刻ｔ２３までの区間、及び時刻ｔ２５から時刻ｔ２６までの区間が還流状態ＳＴ２である。

上述した駆動状態（第１駆動状態ＳＴ１－１及び第２駆動状態ＳＴ１－２）において駆動コイルＣＬに駆動電流が供給されると、駆動コイルＣＬには、そのインダクタンスによってエネルギが蓄積される。
ここで、第１駆動状態ＳＴ１－１の後、還流状態ＳＴ２に切り替わると、第１ローサイドスイッチＱ２及び第２ローサイドスイッチＱ４がいずれもＯＮ状態にされることにより、接続点ＣＰ１３から端子Ｔ３、駆動コイルＣＬ、端子Ｔ４、接続点ＣＰ１４、第２ローサイドスイッチＱ４、接続点ＣＰ１２及び第１ローサイドスイッチＱ２を経由して接続点ＣＰ１３に戻る還流回路が形成される。還流回路が形成されると、駆動コイルＣＬに蓄積されたエネルギによって還流電流が生じる。この還流電流の流れる方向は、第１駆動状態ＳＴ１－１における駆動電流ｉaと同方向である。この還流電流によってロータＲＴには回転力が生じる。
なお、第２駆動状態ＳＴ１－２の後に還流状態ＳＴ２に切り替わる場合においては、第２駆動状態ＳＴ１－２における駆動電流ｉｂと同方向に流れる還流電流が生じる。この場合においても、還流電流によってロータＲＴには回転力が生じる。
モータ制御回路１０は、駆動状態の後に還流状態ＳＴ２を有することにより、バッテリＢＡＴから駆動電流を供給することなく、ロータＲＴに回転力を与えることができる。つまり、モータ制御回路１０は、バッテリＢＡＴの消費電力を低減することができる。

なお、本実施形態の具体例では、還流状態ＳＴ２において、第１ローサイドスイッチＱ２及び第２ローサイドスイッチＱ４がいずれもＯＮ状態にされる場合を一例にして説明するがこれに限られない。第１ローサイドスイッチＱ２及び第２ローサイドスイッチＱ４には、それぞれ寄生ダイオードが存在する。第１ローサイドスイッチＱ２の寄生ダイオードは、接続点ＣＰ１２から接続点ＣＰ１３の方向に電流を流すことが可能である。また、第２ローサイドスイッチＱ４の寄生ダイオードは、接続点ＣＰ１２から接続点ＣＰ１４の方向に電流を流すことが可能である。したがって、駆動電流ｉaと同一方向に還流電流を流す場合には、第２ローサイドスイッチＱ４がＯＮ状態であれば、第１ローサイドスイッチＱ２がＯＦＦ状態であっても還流電流が流れる。また、駆動電流ｉｂと同一方向に還流電流を流す場合には、第１ローサイドスイッチＱ２がＯＮ状態であれば、第２ローサイドスイッチＱ４がＯＦＦ状態であっても還流電流が流れる。すなわち、還流状態ＳＴ２において、還流電流の方向に応じて、第１ローサイドスイッチＱ２又は第２ローサイドスイッチＱ４のいずれか一方がＯＮ状態にされれば、還流電流を流すことができる。

なお、本実施形態の具体例では、還流状態ＳＴ２において、第１ハイサイドスイッチＱ１及び第２ハイサイドスイッチＱ３がいずれもＯＦＦ状態にされる場合、すなわち、第１ローサイドスイッチＱ２及び第２ローサイドスイッチＱ４を還流回路として利用する場合を一例にして説明するがこれに限られない。
還流状態ＳＴ２において、第１ローサイドスイッチＱ２及び第２ローサイドスイッチＱ４を還流回路として利用せずに、第１ハイサイドスイッチＱ１及び第２ハイサイドスイッチＱ３を還流回路として利用してもよい。この場合、第１ハイサイドスイッチＱ１及び第２ハイサイドスイッチＱ３がいずれもＯＮ状態にされる。また、第１ハイサイドスイッチＱ１及び第２ハイサイドスイッチＱ３にそれぞれ存在する寄生ダイオードを還流回路として利用する場合には、第１ハイサイドスイッチＱ１及び第２ハイサイドスイッチＱ３のうちいずれか一方のみがＯＮ状態にされてもよい。

（３）無通電状態
無通電状態ＳＴ３とは、還流状態ＳＴ２の後に、各スイッチＱがいずれもＯＦＦ状態にされる状態である。
図２に示す一例において、時刻ｔ１３から時刻ｔ１４までの区間、時刻ｔ１６から時刻ｔ２１までの区間、時刻ｔ２３から時刻ｔ２４までの区間、及び時刻ｔ２６から時刻ｔ３１までの区間が無通電状態ＳＴ３である。

上述したように還流電流は、駆動状態において駆動コイルＣＬに蓄えられたエネルギによって生じる。駆動コイルＣＬに蓄えられたエネルギは、還流電流を生じさせることにより消費される。ここで、駆動コイルＣＬには、ロータＲＴの回転によって生じる逆起電力が発生する。駆動コイルＣＬに蓄えられたエネルギが還流電流を生じさせることができない程度まで消費されると、上述した逆起電力により、駆動コイルＣＬには、これまで流れていた還流電流とは逆方向の電流が流れることになる。駆動コイルＣＬに、この逆方向の電流が流れると、ロータＲＴにはブレーキ力、いわゆるマイナストルクが発生する。このマイナストルクは、ブラシレスモータＭＴＲの効率を低下させる要因となるため、発生しないことが望ましい。

そこで、本実施形態の制御部１１０は、還流状態ＳＴ２の後に無通電状態ＳＴ３を有する。この無通電状態ＳＴ３を有することにより、制御部１１０は、還流電流とは逆方向の電流が駆動コイルＣＬに流れることを抑止し、マイナストルクの発生を低減する。以下、制御部１１０が行う還流状態ＳＴ２から無通電状態ＳＴ３への切り替えについて説明する。

なお、本実施形態の具体例では、無通電状態ＳＴ３において、各スイッチＱがいずれもＯＦＦ状態にされる場合を一例にして説明するがこれに限られない。
無通電状態ＳＴ３においては、ロータＲＴの回転が妨げられる方向の電流（マイナストルクを発生させる電流）が駆動コイルＣＬに流れないのであれば、いずれかのスイッチＱがＯＮ状態にされていてもよい。
例えば、図２に示す一例において、第１駆動状態ＳＴ１－１から、還流状態ＳＴ２を経て無通電状態ＳＴ３になる場合には、第１ローサイドスイッチＱ２がＯＦＦ状態にされていれば、第２ローサイドスイッチＱ４がＯＮ状態であったとしても、マイナストルクを発生させる電流は流れない。すなわち、第１駆動状態ＳＴ１－１から、還流状態ＳＴ２を経て無通電状態ＳＴ３になる場合の無通電状態ＳＴ３を「第１無通電状態ＳＴ３－１」とすると、第１無通電状態ＳＴ３－１においては、第２ローサイドスイッチＱ４がＯＮ状態にされていてもよい。
また、図２に示す一例において、第２駆動状態ＳＴ１－２から、還流状態ＳＴ２を経て無通電状態ＳＴ３になる場合には、第２ローサイドスイッチＱ４がＯＦＦ状態にされていれば、第１ローサイドスイッチＱ２がＯＮ状態であったとしても、マイナストルク電流は流れない。すなわち、第２駆動状態ＳＴ１－２から、還流状態ＳＴ２を経て無通電状態ＳＴ３になる場合の無通電状態ＳＴ３を「第２無通電状態ＳＴ３－２」とすると、第２無通電状態ＳＴ３－２においては、第１ローサイドスイッチＱ２がＯＮ状態にされていてもよい。

なお、還流回路に寄生ダイオードを利用する場合には、還流状態ＳＴ２から第１無通電状態ＳＴ３－１への切り替わり、及び還流状態ＳＴ２から第１無通電状態ＳＴ３－１への切り替わりは、いずれも還流電流の消滅によって発生する。すなわち、この場合において、還流状態ＳＴ２から第１無通電状態ＳＴ３－１への切り替わり、及び還流状態ＳＴ２から第２無通電状態ＳＴ３－２への切り替わりにおいて、各スイッチＱのＯＮ状態・ＯＦＦ状態が変化しない。

［還流状態から無通電状態への切り替え］
制御部１１０は、還流状態ＳＴ２から無通電状態ＳＴ３への切り替えを、（１）予め定められたタイミングに基づいて行う場合、及び（２）還流電流の検出結果に基づいて行う場合がある。これらについて、以下順に説明する。

（１）予め定められたタイミングに基づく切り替え
制御部１１０は、予め定められたタイミングに基づいて、還流状態ＳＴ２から無通電状態ＳＴ３に切り替える。この場合、制御部１１０は、駆動状態から還流状態ＳＴ２に切り替えた後、予め定められた還流状態継続電気角分の角度変化がロータＲＴに生じたタイミングにおいて、還流状態ＳＴ２から無通電状態ＳＴ３に切り替える。この還流状態継続電気角は、例えば、ブラシレスモータＭＴＲを掃除機などの製品に組み込んだ場合のロータＲＴの回転状態の実験結果に基づいて定められる。この還流状態継続電気角の一例を図３に示す。

図３は、本実施形態の還流状態継続電気角の一例を示す図である。駆動状態において駆動コイルＣＬに蓄えられるエネルギは、駆動電流の大きさに依存している。したがって、駆動コイルＣＬが還流電流を流し続けられる時間は、駆動電流の大きさ、すなわちブラシレスモータＭＴＲの負荷状態に依存している。この駆動コイルＣＬが還流電流を流し続けられる時間、つまりマイナストルクが発生するまでの限界の時間を実験的に求め、求めた時間とロータＲＴの回転数との関係に基づいて、図３に示す負荷状態と還流状態継続電気角との関係を得る。例えば、ブラシレスモータＭＴＲが高負荷状態である場合の還流状態継続電気角ａ＿ｈｉｇｈは、低負荷状態である場合の還流状態継続電気角ａ＿ｌｏｗに比べて大きい。

（１－１）高負荷状態の測定結果に基づく場合
記憶部１２０には、還流状態継続電気角ａ＿ｈｉｇｈが記憶されている。制御部１１０は、還流状態継続電気角ａ＿ｈｉｇｈに基づいて、還流状態ＳＴ２から無通電状態ＳＴ３への切り替えを行う。具体的には、制御部１１０は、駆動状態から還流状態ＳＴ２に切り替えた後、還流状態ＳＴ２の継続時間を計時する。制御部１１０は、還流状態ＳＴ２が継続している期間の電気角の変化量を算出する。制御部１１０は、還流状態ＳＴ２が継続している期間の電気角の変化量が還流状態継続電気角ａ＿ｈｉｇｈに達したタイミングで、還流状態ＳＴ２から無通電状態ＳＴ３に切り替える。
なお、制御部１１０は、還流状態継続電気角ａ＿ｌｏｗとロータＲＴの回転数とに基づいて、還流状態を継続させる時間を算出してもよい。この場合には、制御部１１０は、実測した還流状態ＳＴ２の継続時間が、算出した時間に達したタイミングで、還流状態ＳＴ２から無通電状態ＳＴ３に切り替える。

（１－２）低負荷状態の測定結果に基づく場合
記憶部１２０には、還流状態継続電気角ａ＿ｌｏｗが記憶されている。制御部１１０は、還流状態継続電気角ａ＿ｌｏｗに基づいて、還流状態ＳＴ２から無通電状態ＳＴ３への切り替えを行う。具体的には、制御部１１０は、駆動状態から還流状態ＳＴ２に切り替えた後、還流状態ＳＴ２の継続時間を計時する。制御部１１０は、還流状態ＳＴ２が継続している期間の電気角の変化量を算出する。制御部１１０は、還流状態ＳＴ２が継続している期間の電気角の変化量が還流状態継続電気角ａ＿ｌｏｗに達したタイミングで、還流状態ＳＴ２から無通電状態ＳＴ３に切り替える。
なお、制御部１１０は、還流状態継続電気角ａ＿ｈｉｇｈの場合と同様にして、還流状態継続電気角ａ＿ｈｉｇｈとロータＲＴの回転数とに基づいて、還流状態を継続させる時間を算出してもよい。この場合には、制御部１１０は、実測した還流状態ＳＴ２の継続時間が、算出した時間に達したタイミングで、還流状態ＳＴ２から無通電状態ＳＴ３に切り替える。

ここで、ブラシレスモータＭＴＲが組み込まれる電気機器の種類により、ブラシレスモータＭＴＲの負荷の発生状況が互いに異なることがある。
例えば、ブラシレスモータＭＴＲが備えられる電気機器が電動ドライバである場合には、ネジやボルトなどの締め込み動作をしている場合のほうが、締め込み動作をせずに空転させている場合よりも負荷が高い。つまり、電動ドライバの場合、仕事中の動作のほうが空転動作よりも高負荷である。この場合には、制御部１１０は、高負荷状態の還流状態継続電気角ａ＿ｈｉｇｈに基づいて切り替える。このように構成することにより、制御部１１０は、還流状態継続電気角ａ＿ｌｏｗに基づいて切り替える場合に比べて還流状態ＳＴ２が長くなり、還流電流を有効に利用することができる。

一方、ブラシレスモータＭＴＲが備えられる電気機器が掃除機である場合には、吸引ファンの形状によっては、床面等に吸い込み口を接して吸引動作をしている場合のほうが、空中で吸引動作をしている場合よりも負荷が低い場合がある。例えば、吸引ファンの形状が斜流ファンである掃除機の場合、仕事中の動作のほうが空転動作よりも低負荷である。この場合には、制御部１１０は、低負荷状態の還流状態継続電気角ａ＿ｌｏｗに基づいて切り替える。

ここで、掃除機のように仕事中の動作のほうが空転動作よりも低負荷である場合において、仮に高負荷状態の還流状態継続電気角ａ＿ｈｉｇｈに基づいて切り替えを行った場合について説明する。上述したように、還流状態継続電気角ａ＿ｈｉｇｈは、還流状態継続電気角ａ＿ｌｏｗに比べて長時間である。ブラシレスモータＭＴＲが低負荷の場合には駆動コイルＣＬに蓄えられているエネルギが高負荷の場合に比べて少ないため、還流状態ＳＴ２をより長時間継続するとマイナストルクが生じやすくなる。したがって、ブラシレスモータＭＴＲが低負荷の場合に、還流状態ＳＴ２を高負荷時の還流状態継続電気角ａ＿ｈｉｇｈ分だけ継続させると、マイナストルクが生じやすい。つまり、掃除機のように仕事中の動作のほうが空転動作よりも低負荷である電気機器の場合に、還流状態ＳＴ２を高負荷時の還流状態継続電気角ａ＿ｈｉｇｈだけ継続させると、空転時にはマイナストルクが発生しにくく、仕事中の動作においてはマイナストルクが発生しやすい状況になる。

そこで、掃除機のように仕事中の動作のほうが空転動作よりも低負荷である電気機器の場合には、本実施形態の制御部１１０は、低負荷状態の還流状態継続電気角ａ＿ｌｏｗに基づいて無通電状態ＳＴ３に切り替えることにより、仕事中の動作においてマイナストルクの発生を抑制する。

この一例の場合、上述した還流状態継続電気角（還流状態継続電気角ａ＿ｈｉｇｈや、還流状態継続電気角ａ＿ｌｏｗなど）は、記憶部１２０に記憶されている。例えば、ブラシレスモータＭＴＲが電動ドライバに組み込まれる場合には、記憶部１２０には還流状態継続電気角ａ＿ｈｉｇｈが記憶されている。また、ブラシレスモータＭＴＲが掃除機に組み込まれる場合には、記憶部１２０には還流状態継続電気角ａ＿ｌｏｗが記憶されている。
制御部１１０は、記憶部１２０に記憶されている還流状態継続電気角に基づいて、還流状態ＳＴ２から無通電状態ＳＴ３への切り替えを行う。

（２）還流電流の検出結果に基づく切り替え
これまで、制御部１１０が予め定められたタイミング（例えば、記憶部１２０に記憶されている還流状態継続電気角）に基づいて、還流状態ＳＴ２から無通電状態ＳＴ３に切り替える場合について説明した。以下では、制御部１１０が還流電流の検出結果に基づいて還流状態ＳＴ２から無通電状態ＳＴ３に切り替える場合について、図４を参照して説明する。

図４は、本実施形態の電流検出部１３０を備えるモータ制御回路１０ａの構成の一例を示す図である。モータ制御回路１０ａは、シャント抵抗Ｒ１と電流検出部１３０とを備える点において、上述したモータ制御回路１０と異なる。なお、上述したモータ制御回路１０の構成と同一の構成については同一の符号を付してその説明を省略する。

シャント抵抗Ｒ１は、端子Ｔ４と接続点ＣＰ１４との間に接続される。シャント抵抗Ｒ１には、端子Ｔ４と接続点ＣＰ１４との間を流れる電流（例えば、還流電流）が流れる。電流検出部１３０は、シャント抵抗Ｒ１の両端の電位差を検出することにより、シャント抵抗Ｒ１を流れる電流を検出する。
制御部１１０ａは、還流状態ＳＴ２において電流検出部１３０が検出した電流、すなわち還流電流の大きさを判定する。制御部１１０ａは、電流検出部１３０が検出した還流電流の大きさが低下し、例えば０（ゼロ）付近になった場合に、還流状態ＳＴ２から無通電状態ＳＴ３に切り替える。

このように構成することにより、モータ制御回路１０ａは、ブラシレスモータＭＴＲの負荷状態によらず、マイナストルクが発生するタイミングを検出することができる。すなわち、モータ制御回路１０ａは、ブラシレスモータＭＴＲの負荷状態によらず、還流状態ＳＴ２から無通電状態ＳＴ３に切り替えタイミングを判定することができる。また、モータ制御回路１０ａは、上述した掃除機のように仕事中の動作のほうが空転動作よりも低負荷である電気機器の場合に、予め定められたタイミングによって制御状態を切り替える場合に比べ、還流電流をより有効に利用することができる。

なお、上述の一例では、シャント抵抗Ｒ１が端子Ｔ４と接続点ＣＰ１４との間に接続されているとして説明したがこれに限られず、シャント抵抗Ｒ１は、還流回路のいずれかの位置に接続されていればよい。

（３）駆動電流の検出結果に基づく切り替え
駆動コイルＣＬのインダクタンスの値が既知である場合には、制御部１１０は、駆動電流によって駆動コイルＣＬに蓄積されるエネルギを算出することにより、還流状態ＳＴ２の継続時間を算出してもよい。この場合、記憶部１２０には、駆動コイルＣＬのインダクタンスの値が記憶されている。制御部１１０は、上述した駆動状態（第１駆動状態ＳＴ１－１及び第２駆動状態ＳＴ１－２）から還流状態ＳＴ２に切り替わる直前の駆動電流値と、記憶部１２０に記憶されているインダクタンスの値とに基づいて、駆動コイルＣＬに蓄積されているエネルギを算出する。
一例として、駆動電流が流れる経路にシャント抵抗が存在する場合には、制御部１１０は、このシャント抵抗の両端の電位差に基づいて駆動電流値を算出する。例えば、駆動電流が流れる経路である端子Ｔ２と接続点ＣＰ１２との間にシャント抵抗（不図示）が備えられている場合がある。この場合には、制御部１１０は、駆動状態から還流状態ＳＴ２に切り替わる直前のシャント抵抗の両端の電位差に基づいて駆動電流値を算出する。制御部１１０は、算出した駆動電流値と、駆動コイルＣＬのインダクタンスの値とに基づいて、駆動状態から還流状態ＳＴ２に切り替わる直前の駆動コイルＣＬに蓄積されているエネルギを算出する。制御部１１０は、算出したエネルギに基づいて、還流状態ＳＴ２の継続時間を算出する。

［変形例］
図５は、本実施形態の電流検出部１３０ｂを備えるモータ制御回路１０ｂの構成の一例を示す図である。モータ制御回路１０ｂは、シャント抵抗Ｒ２、シャント抵抗Ｒ３と電流検出部１３０ｂとを備える点において、上述したモータ制御回路１０及びモータ制御回路１０ａと異なる。なお、上述したモータ制御回路１０の構成と同一の構成については同一の符号を付してその説明を省略する。

シャント抵抗Ｒ２は、第１ローサイドスイッチＱ２と接続点ＣＰ１２との間に接続される。シャント抵抗Ｒ３は、第２ローサイドスイッチＱ４と接続点ＣＰ１２との間に接続される。
電流検出部１３０ｂは、シャント抵抗Ｒ２の両端の電位差を検出することにより、シャント抵抗Ｒ２を流れる電流を検出する。また、電流検出部１３０ｂは、シャント抵抗Ｒ３の両端の電位差を検出することにより、シャント抵抗Ｒ３を流れる電流を検出する。
制御部１１０ｂは、還流状態ＳＴ２において電流検出部１３０ｂが検出した電流、すなわち還流電流の大きさを判定する。ここで、制御部１１０ｂは、シャント抵抗Ｒ２を流れる電流の大きさと、シャント抵抗Ｒ３を流れる電流の大きさとのうち、いずれかを還流電流の大きさとして、その大きさを判定すればよい。制御部１１０ｂは、電流検出部１３０が検出した還流電流の大きさが低下し、例えば０（ゼロ）付近になった場合に、還流状態ＳＴ２から無通電状態ＳＴ３に切り替える。

同図のように構成することにより、モータ制御回路１０ｂは、第１ハイサイドスイッチＱ１及び第１ローサイドスイッチＱ２がいずれもＯＮ状態になった場合に流れる過電流をシャント抵抗Ｒ２によって検出することができる。また、モータ制御回路１０ｂは、第２ハイサイドスイッチＱ３及び第２ローサイドスイッチＱ４がいずれもＯＮ状態になった場合に流れる過電流をシャント抵抗Ｒ３によって検出することができる。
このシャント抵抗Ｒ２及びシャント抵抗Ｒ３は、還流回路内に接続されているため、シャント抵抗Ｒ２及びシャント抵抗Ｒ３によって還流電流を検出することができる。

従来、電流検出用のシャント抵抗は、例えば、接続点ＣＰ１２と端子Ｔ２との間に接続されていた。つまり、この従来の手法によると、シャント抵抗が還流回路の外側に接続されるため、還流電流を検出するためには、電流検出用のシャント抵抗の他に、還流電流検出用のシャント抵抗を接続することが求められた。

一方、モータ制御回路１０ｂは、シャント抵抗Ｒ２及びシャント抵抗Ｒ３に、還流電流検出と過電流検出との２つの機能を持たせることができる。

なお、シャント抵抗Ｒ２及びシャント抵抗Ｒ３が接続される位置は上述の位置に限られず、還流回路内において過電流をも検出可能な位置に配置されればよい。

また、モータ制御回路１０ａ及びモータ制御回路１０ｂにおいて還流電流の検出にシャント抵抗を用いる例を示したがこれに限られず、電流検出部１３０及び電流検出部１３０ｂは、シャント抵抗を用いずに還流電流を検出してもよい。例えば、電流検出部１３０及び電流検出部１３０ｂは、第１ローサイドスイッチＱ２のソース端子とドレイン端子との間の電位差や、第２ローサイドスイッチＱ４のソース端子とドレイン端子との間の電位差を検出することにより、還流電流を検出してもよい。また、電流検出部１３０及び電流検出部１３０ｂは、シャント抵抗やスイッチの端子間の電位差を検出すること以外の他の既知の手段によって還流電流を検出してもよい。

以上、本発明の実施形態を、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。

なお、上述の各装置は内部にコンピュータを有している。そして、上述した各装置の各処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしてもよい。

また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。
さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。

１…モータ装置、１０…モータ制御回路、２０…位置検出部、１１０…制御部、１２０…記憶部、１３０…電流検出部、Ｑ１…第１ハイサイドスイッチ、Ｑ２…第１ローサイドスイッチ、Ｑ３…第２ハイサイドスイッチ、Ｑ４…第２ローサイドスイッチ、ｉａ…駆動電流（正方向の駆動電流）、ｉｂ…駆動電流（負方向の駆動電流）、ＳＴ１－１…第１駆動状態、ＳＴ１－２…第２駆動状態、ＳＴ２…還流状態、ＳＴ３…無通電状態、ＢＡＴ…バッテリ、ＭＴＲ…ブラシレスモータ、ＲＴ…ロータ、ＣＬ…駆動コイル、Ｒ…シャント抵抗、Ｔ…端子

Claims (4)

1. ブラシレスモータの駆動コイルの一端にそれぞれ接続された第１ハイサイドスイッチ及び第１ローサイドスイッチと、前記駆動コイルの他端にそれぞれ接続された第２ハイサイドスイッチ及び第２ローサイドスイッチとを備え、前記第１ハイサイドスイッチと、前記第１ローサイドスイッチと、前記第２ハイサイドスイッチと、前記第２ローサイドスイッチとをそれぞれ導通状態又は遮断状態にすることにより、ブラシレスモータを回転駆動するモータ制御回路であって、
   前記第１ハイサイドスイッチと前記第２ローサイドスイッチとを導通状態にし、前記第２ハイサイドスイッチと前記第１ローサイドスイッチとを遮断状態にして、前記駆動コイルに正方向の駆動電流を供給する第１通電状態と、
   前記第１ハイサイドスイッチと前記第２ローサイドスイッチとを遮断状態にし、第２ハイサイドスイッチと前記第１ローサイドスイッチとを導通状態にして、前記駆動コイルに負方向の駆動電流を供給する第２通電状態と、
   前記第１通電状態の後に、前記第１ハイサイドスイッチと前記第２ハイサイドスイッチとを遮断状態にし、前記第１ローサイドスイッチと前記第２ローサイドスイッチとのうち少なくとも前記第２ローサイドスイッチを導通状態にして、又は、前記第１ローサイドスイッチと前記第２ローサイドスイッチを遮断状態にし、前記第１ハイサイドスイッチと前記第２ハイサイドスイッチとのうち少なくとも前記第１ハイサイドスイッチを導通状態にして、前記駆動コイルに正方向の還流電流を流す第１還流状態と、
   前記第２通電状態の後に、前記第１ハイサイドスイッチと前記第２ハイサイドスイッチとを遮断状態にし、前記第１ローサイドスイッチと前記第２ローサイドスイッチとのうち少なくとも前記第１ローサイドスイッチを導通状態にして、又は、前記第１ローサイドスイッチと前記第２ローサイドスイッチを遮断状態にし、前記第１ハイサイドスイッチと前記第２ハイサイドスイッチとのうち少なくとも前記第２ハイサイドスイッチを導通状態にして、前記駆動コイルに負方向の還流電流を流す第２還流状態と、
   前記第１還流状態と当該第１還流状態の後の前記第２通電状態との間において、前記第１ハイサイドスイッチと、前記第１ローサイドスイッチと、前記第２ハイサイドスイッチと、前記第２ローサイドスイッチとのうち前記第１還流状態において遮断状態であったスイッチを含む少なくとも３つのスイッチを遮断状態にする第１無通電状態と、
   前記第２還流状態と当該第２還流状態の後の前記第１通電状態との間において、前記第１ハイサイドスイッチと、前記第１ローサイドスイッチと、前記第２ハイサイドスイッチと、前記第２ローサイドスイッチとのうち前記第２還流状態において遮断状態であったスイッチを含む少なくとも３つのスイッチを遮断状態にする第２無通電状態と
   を有し、
   前記還流電流を流し始めてからマイナストルクが発生するまでの限界時間を実験的に求めておくと共に、当該限界時間と前記ブラシレスモータのロータ回転数との関係に基づいて、前記ブラシレスモータの負荷状態と還流状態継続電気角との関係を求めておき、前記第１還流状態が継続している期間の電気角の変化量が、前記ブラシレスモータの前記負荷状態に応じた前記還流状態継続電気角に達したタイミングで、前記第１還流状態から前記第１無通電状態に切り替え、前記第２還流状態が継続している期間の電気角の変化量が、前記ブラシレスモータの前記負荷状態に応じた前記還流状態継続電気角に達したタイミングで、前記第２還流状態から前記第２無通電状態に切り替える
   モータ制御回路。
2. ブラシレスモータの駆動コイルの一端にそれぞれ接続された第１ハイサイドスイッチ及び第１ローサイドスイッチと、前記駆動コイルの他端にそれぞれ接続された第２ハイサイドスイッチ及び第２ローサイドスイッチとを備え、前記第１ハイサイドスイッチと、前記第１ローサイドスイッチと、前記第２ハイサイドスイッチと、前記第２ローサイドスイッチとをそれぞれ導通状態又は遮断状態にすることにより、ブラシレスモータを回転駆動するモータ制御回路であって、
   前記第１ハイサイドスイッチと前記第２ローサイドスイッチとを導通状態にし、前記第２ハイサイドスイッチと前記第１ローサイドスイッチとを遮断状態にして、前記駆動コイルに正方向の駆動電流を供給する第１通電状態と、
   前記第１ハイサイドスイッチと前記第２ローサイドスイッチとを遮断状態にし、第２ハイサイドスイッチと前記第１ローサイドスイッチとを導通状態にして、前記駆動コイルに負方向の駆動電流を供給する第２通電状態と、
   前記第１通電状態の後に、前記第１ハイサイドスイッチと前記第２ハイサイドスイッチとを遮断状態にし、前記第１ローサイドスイッチと前記第２ローサイドスイッチとのうち少なくとも前記第２ローサイドスイッチを導通状態にして、又は、前記第１ローサイドスイッチと前記第２ローサイドスイッチを遮断状態にし、前記第１ハイサイドスイッチと前記第２ハイサイドスイッチとのうち少なくとも前記第１ハイサイドスイッチを導通状態にして、前記駆動コイルに正方向の還流電流を流す第１還流状態と、
   前記第２通電状態の後に、前記第１ハイサイドスイッチと前記第２ハイサイドスイッチとを遮断状態にし、前記第１ローサイドスイッチと前記第２ローサイドスイッチとのうち少なくとも前記第１ローサイドスイッチを導通状態にして、又は、前記第１ローサイドスイッチと前記第２ローサイドスイッチを遮断状態にし、前記第１ハイサイドスイッチと前記第２ハイサイドスイッチとのうち少なくとも前記第２ハイサイドスイッチを導通状態にして、前記駆動コイルに負方向の還流電流を流す第２還流状態と、
   前記第１還流状態と当該第１還流状態の後の前記第２通電状態との間において、前記第１ハイサイドスイッチと、前記第１ローサイドスイッチと、前記第２ハイサイドスイッチと、前記第２ローサイドスイッチとのうち前記第１還流状態において遮断状態であったスイッチを含む少なくとも３つのスイッチを遮断状態にする第１無通電状態と、
   前記第２還流状態と当該第２還流状態の後の前記第１通電状態との間において、前記第１ハイサイドスイッチと、前記第１ローサイドスイッチと、前記第２ハイサイドスイッチと、前記第２ローサイドスイッチとのうち前記第２還流状態において遮断状態であったスイッチを含む少なくとも３つのスイッチを遮断状態にする第２無通電状態と
   を有し、
   前記第１通電状態から前記第１還流状態に切り替わる直前の駆動電流値と前記駆動コイルのインダクタンス値とに基づいて、前記駆動コイルに蓄積されているエネルギを算出し、当該エネルギに基づいて、前記第１還流状態の継続時間を算出し、実測した前記第１還流状態の継続時間が算出した前記第１還流状態の継続時間に達したタイミングで、前記第１還流状態から前記第１無通電状態に切り替え、前記第２通電状態から前記第２還流状態に切り替わる直前の駆動電流値と前記駆動コイルのインダクタンス値とに基づいて、前記駆動コイルに蓄積されているエネルギを算出し、当該エネルギに基づいて、前記第２還流状態の継続時間を算出し、実測した前記第２還流状態の継続時間が算出した前記第２還流状態の継続時間に達したタイミングで、前記第２還流状態から前記第２無通電状態に切り替える
   モータ制御回路。
3. 前記第１還流状態及び前記第２還流状態において、前記第１ハイサイドスイッチと前記第２ハイサイドスイッチとを遮断状態にし、前記第１ローサイドスイッチと前記第２ローサイドスイッチとを導通状態にして、前記駆動コイルに還流電流を流し、
   前記第１無通電状態及び前記第２無通電状態において、前記第１ハイサイドスイッチと、前記第１ローサイドスイッチと、前記第２ハイサイドスイッチと、前記第２ローサイドスイッチと遮断状態にする
   請求項１または請求項２に記載のモータ制御回路。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のモータ制御回路と、
   前記モータ制御回路によって駆動されるブラシレスモータと
   を備えるモータ装置。

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