CN113489391A - Dc有刷马达的驱动装置以及驱动方法 - Google Patents

Dc有刷马达的驱动装置以及驱动方法 Download PDF

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CN113489391A CN202010907797.9A CN202010907797A CN113489391A CN 113489391 A CN113489391 A CN 113489391A CN 202010907797 A CN202010907797 A CN 202010907797A CN 113489391 A CN113489391 A CN 113489391A
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Abstract

本发明的实施方式整体式涉及DC有刷马达的驱动装置以及驱动方法。根据实施方式，DC有刷马达的驱动装置具备：驱动电路，向DC有刷马达的线圈供给马达电流；以及控制电路，在启动上述DC有刷马达之后，在经过了规定的期间之后，使对上述马达电流的上限进行设定的限制值阶段性地降低，并对成为了上述马达电流由上述限制值限制的状态的情况进行检测。

Description

DC有刷马达的驱动装置以及驱动方法
本申请享受2020年3月17日申请的日本专利申请号2020-46545的优先权利益，该日本专利申请的全部内容被援用到本申请中。
技术领域
实施方式整体上涉及DC有刷马达的驱动装置以及驱动方法。
背景技术
以往，公开有如下技术：检测向马达供给的输出电流，而检测由于马达、负载机械的劣化而导致的异常。马达的异常是由于长年的老化而导致的劣化的情况较多。对于用户而言，有时难以判定马达的劣化。另一方面，通过将马达的劣化适当地展示给用户，能够提高便利性。DC有刷马达具有在启动时产生冲击电流等特有的特性。期望能够根据DC有刷马达的特性而容易地检测出与劣化相伴随的异常状态的DC有刷马达的驱动装置以及驱动方法。
发明内容
实施方式提供能够容易地检测出DC有刷马达的劣化的DC有刷马达的驱动装置以及驱动方法。
实施方式的DC有刷马达的驱动装置具备：驱动电路，向DC有刷马达的线圈供给马达电流；以及控制电路，在启动了上述DC有刷马达之后，在经过了规定的期间之后，使对上述马达电流的上限进行设定的限制值阶段性地降低，对成为了上述马达电流由上述限制值限制的状态的情况进行检测。
附图说明
图1是表示第1实施方式的DC有刷马达的驱动装置的图。
图2A以及图2B是用于说明DC有刷马达的驱动装置的驱动方法的图。
图3是用于说明DC有刷马达的驱动方法的流程图。
图4是用于说明DC有刷马达的驱动方法的另外的流程图。
图5是表示对DC有刷马达的马达电流进行检测的一个实施方式的图。
图6是说明对DC有刷马达的驱动装置的劣化状态进行检测的其他驱动方法的图。
具体实施方式
以下，参照附图对实施方式的DC有刷马达的驱动装置以及驱动方法进行详细说明。另外，本发明并不限定于这些实施方式。
(第1实施方式)
图1是表示第1实施方式的DC有刷马达的驱动装置的构成的图。图1的驱动装置具有驱动电路10、电压检测电路20、30、反向电压检测电路21、31、PWM控制电路40、控制逻辑电路50、定时控制器60、70以及电流方向选择电路61、71。
驱动电路10经由电刷102、103向设置于转子100的线圈101供给马达电流IM。图1的马达电流IM表示从电刷102侧向电刷103侧供给的情况。驱动电路10具有构成H桥电路的PMOS型的晶体管11、13、NMOS型的晶体管12、14。晶体管11～14分别具有寄生二极管11D～14D。晶体管11的漏极和晶体管12的漏极的连接点、与电刷102连接。晶体管13的漏极和晶体管14的漏极的连接点、与电刷103连接。通过电源110向驱动电路10供给马达电压VM。
控制逻辑电路50对从电流方向选择电路61、71以及定时控制器60、70供给的信号进行响应，而对PWM控制电路40进行控制。控制逻辑电路50使用从电压电路111供给的参照电压Vref，生成用于对马达电流IM的上限值进行设定的限制值。控制逻辑电路50例如对参照电压Vref的值进行A/D转换，进行基于规定系数的运算而生成与限制值对应的电压。限制值以及与限制值对应地生成的电压的值，被保存在内置的存储器(未图示)中。控制逻辑电路50将经由电流方向选择电路61、71供给的电压检测电路20、30以及反向电压检测电路21、31的检测电压和与限制值对应的电压进行比较。控制逻辑电路50根据该比较结果向PWM控制电路40供给对PWM信号的占空比进行控制的信号。控制逻辑电路50例如能够由微型计算机(microcomputer)构成。
PWM控制电路40为，当从控制逻辑电路50供给控制信号时，输出根据控制信号而调整了占空比的PWM信号。PWM控制电路40向晶体管11～14的各栅极供给PWM信号，对晶体管11～14的导通/断开进行控制。由此，PWM控制电路40进行马达电流IM的控制，对转子100的旋转方向以及旋转速度进行控制。
电压检测电路20、30对以源极电压为基准的晶体管12、14的源极-漏极间电压进行检测。晶体管12、14的源极-漏极间电压是根据马达电流IM而由晶体管12、14的导通电阻产生的电压降。因而，电压检测电路20对由于从电刷103侧向电刷102侧流动的马达电流IM而产生的晶体管12的电压降进行检测。此外，电压检测电路30对由于从电刷102侧向电刷103侧流动的马达电流IM而产生的晶体管14的电压降进行检测。由于晶体管12、14中的电压降根据马达电流IM而产生，因此能够基于晶体管12、14中的电压降的值来检测马达电流IM。
反向电压检测电路21、31对以漏极侧为基准的晶体管12、14的源极-漏极间电压进行检测。即，反向电压检测电路21、31对由于从源极向漏极流动的反方向的漏极电流而在源极-漏极间产生的反向电压进行检测。例如，在对马达电流IM的上限值进行限制的控制中，存在马达电流IM低于零而转子100的旋转被向反方向加速的情况。控制逻辑电路50为，在反向电压检测电路21、31检测到反向电压的情况下，对PWM控制电路40进行控制，防止转子100的旋转被向反方向加速的状态。以下，有时将转子100的转速称为马达的转速。
电流方向选择电路61、71根据定时控制器60、70的控制，将电压检测电路20、30、反向电压检测电路21、31的检测电压供给至控制逻辑电路50。定时控制器60、70为，在对以晶体管12、14的源极侧为基准的电压进行检测的情况下、选择电压检测电路20、30，在对以晶体管12、14的漏极侧为基准的电压进行检测的情况下、选择反向电压检测电路21、31。
定时控制器60对电流方向选择电路61向控制逻辑电路50供给电压检测电路20、反向电压检测电路21的检测电压的定时、以及控制逻辑电路50使马达电流IM的限制值变化的定时进行控制。同样，定时控制器70对电流方向选择电路71向控制逻辑电路50供给电压检测电路30、反向电压检测电路31的检测电压的定时、以及控制逻辑电路50使马达电流IM的限制值变化的定时进行控制。例如，在显示装置120中显示控制逻辑电路50检测出的马达的劣化状态。另外，也可以在控制逻辑电路50中设定使马达电流IM的限制值变化的定时。
使用图2A和图2B对本实施方式的驱动方法进行说明。图2A是用于说明DC有刷马达未产生劣化的初始阶段的驱动方法的图。例如，在未产生劣化的出厂时进行，并取得基础数据。以下，有时将DC有刷马达简称为马达。横轴表示时间。实线130表示马达电流的限制值，实线140表示马达的转速，实线150表示马达电流IM。在马达启动时，由于在线圈101中未产生反电动势，因此电源电压VM直接被施加到线圈101且流动冲击电流。之后，由于与马达的转速相应地在线圈101中产生的反电动势，马达电流IM的值减少并稳定。另外，马达启动时的限制值例如设定为比假定的冲击电流的上限值高的基准值。
在马达电流IM稳定的定时t1，使限制值从基准值降低至V3。即，成为通过限制值V3来限制马达电流IM的上限值的状态。冲击电流的期间例如能够设为马达电流IM从启动时起到比虚线155所示的预先设定的阈值Ith低为止。将与阈值Ith对应的电压预先保存在控制逻辑电路50中，与检测电压进行比较。由此，能够检测出马达电流IM降低至阈值Ith的定时t1。另外，在马达电流IM稳定化了的状态下，马达的转速也稳定化。因而，也可以将马达的转速稳定化了的定时、或者马达电流IM和马达的转速的双方稳定化了的定时设为定时t1。能够成为如下构成：使用转速表(未图示)检测马达的转速并将检测结果供给至控制逻辑电路50。
控制逻辑电路50将检测电压和与限制值V3对应的电压值进行比较，而检测马达电流IM是否达到限制值V3。作为比较的结果，由于马达电流IM未达到限制值V3，因此控制逻辑电路50在定时t2降低至限制值V2。由于马达电流IM未达到限制值V2，因此控制逻辑电路50在定时t3降低至限制值V1。作为比较的结果，由于马达电流IM达到限制值V1，所以下段所示的限制检测信号成为H电平。控制逻辑电路50对PWM控制电路40进行控制，以便成为马达电流IM由限制值V1限制的恒流动作。
控制逻辑电路50将根据限制值V1来调整PWM信号的占空比的控制信号供给至PWM控制电路40。PWM控制电路40将根据限制值V1而调整了占空比的PWM信号供给至驱动电路10。通过根据限制值V1而调整了占空比的PWM信号，来控制驱动电路10的晶体管11～13的导通/断开。由此，进行由限制值V1控制的恒流动作。在控制逻辑电路50中，通过将检测电压和与限制值V1对应的电压进行比较，能够检测出正在进行基于限制值V1的恒流动作的情况。马达的转速与由限制值V1限制的马达电流IM联动地变化。
接着，在定时t4，提高到限制值V2。由于马达电流IM比限制值V2低，所以在定时t4，限制检测信号成为L电平，基于限制值V1的恒流动作结束。接着，在定时t5，提高到限制值V3。通过将限制值设为相对于马达电流IM具有足够余量的限制值V3，由此允许由于负载变动而引起的马达电流IM的变动。由此，能够转移到马达的转速追随于负载变动的稳定的马达驱动。
进行恒流动作的限制值V1以及定时t3，成为表示未产生劣化的马达的驱动状态的基础数据。此外，当在定时t4检测到恒流动作结束了的情况下，例如能够掌握无负载状态下的马达的实际的使用电流在限制值V1与V2之间。成为未产生劣化的马达的实际的使用电流的基础数据。
图2B是用于说明通过与利用图2A的驱动方法取得的基础数据进行比较来检测马达的劣化状态的驱动方法的图。实线131表示马达电流IM的限制值，实线141表示马达的转速，实线152表示马达电流IM。虚线151与图2A中的实线150对应。此外，各定时t1～t5与图2A的定时t1～t5对应。
与图2A同样，在马达的转速稳定的定时t1，使限制值从基准值降低至V3。在限制值V3的状态下，控制逻辑电路50检测在驱动电路10中是否正在进行恒流动作。由于马达电流IM小于限制值V3，因此判定为未进行基于限制值V3的恒流动作。因此，下段所示的限制检测信号成为L电平。
接着，在定时t2降低到限制值V2。在图示的例子中，由于劣化而马达电流IM增加，因此马达电流IM达到限制值V2。因此，进行由限制值V2控制的恒流动作，马达电流IM减少。在定时t2，限制检测信号成为H电平。即，在比在未产生劣化的马达中进行了恒流动作的定时t3靠前的定时t2进行恒流动作。通过将输出检测信号的定时t2与基础数据的定时t3进行比较，能够判定马达的劣化状态。
接着，在定时t3降低到限制值V1。由于马达电流IM达到限制值V1，因此进行基于限制值V1的恒流动作。限制检测信号维持H电平。接着，在定时t4提高到限制值V2。由于马达电流IM达到限制值V2，因此进行基于限制值V2的恒流动作。限制检测信号维持H电平。接着，在定时t5提高到限制值V3。由于马达电流IM未达到限制值V3，因此不进行基于限制值V3的恒流动作，限制检测信号成为L电平。马达的转速与由限制值V1、V2限制的马达电流IM联动地变化。
在马达产生劣化的情况下，马达电流IM增加。因而，通过与表示未产生劣化的马达的驱动状态的基础数据进行比较，能够掌握马达的劣化程度。例如，在没有劣化的状态的情况下，马达在限制值V2不进行恒流动作。与此相对，在劣化发展了的情况下，马达在限制值V2进行恒流动作。因而，通过将在没有劣化的情况下成为恒流动作的基础数据的限制值V1与从开始使用起就进行恒流动作的限制值V2进行比较，能够掌握马达的劣化状态。此外，能够根据限制检测信号是否成为H电平来数字地判定是否达到限制值，因此容易判断马达的劣化状态。进而，通过将限制检测信号显示于显示装置120，能够将马达的劣化状态通知给用户。
另外，在实施方式中，使限制值从基准值起阶段性地降低，但通过适当地设定限制值、使限制值阶段性地变化的段数、或者使限制值变化的定时，能够提高通用性。进而，通过在马达启动时自动进行与基础数据的比较，并将其结果显示于显示装置120，由此能够实时地将马达的劣化信息通知给用户。
图3是用于说明图2A所示的马达的驱动方法的流程图。启动马达(S301)。当在启动时产生的冲击电流的期间经过了的情况下(S302：是)，判定马达的转速是否稳定(S303)。例如，根据来自未图示的转速表的信号，判定马达的转速是否稳定。在冲击电流的期间未经过的情况下(S302：否)，等待冲击电流的期间经过。
在马达的转速稳定的情况下(S303：是)，判定马达电流IM是否达到限制值(S304)。在马达的转速不稳定的情况下(S303：否)，进行等待直到马达的转速稳定为止。在马达电流IM达到限制值的情况下(S304：否)，进行等待直到成为未达到限制值的状态。
在马达电流IM未达到限制值的情况下(S304：是)，降低限制值(S305)。使用降低后的限制值进行马达电流IM的检测，并判定有无限制检测信号的输出(S306)。在未输出限制检测信号的情况下(S306：否)，即在限制检测信号为L电平的情况下，降低限制值(S305)。
在输出了限制检测信号的情况下(S306：是)，即在限制检测信号为H电平的情况下，判定是否进行了基于限制值的恒流动作(S307)。在未进行基于限制值的恒流动作的情况下(S307：否)，降低限制值(S305)。在进行了基于限制值的恒流动作的情况下(S307：是)，记录此时的限制值V1(S308)。
接着，提高限制值(S309)，并判定有无限制检测信号的输出(S310)。在未输出限制检测信号的情况下(S310：否)，记录此时的限制值V2(S311)。在输出了限制检测信号的情况下(S310：是)，提高限制值(S309)。
在记录了限制值V2(S311)之后，进一步提高限制值(S312)。如已述的那样，提高到相对于限制值V2具有足够余量的限制值V3。由此，能够转移到马达电流IM不由限制值限制的通常的驱动状态。
另外，也可以在冲击电流的期间经过了之后模拟地降低限制值，并记录马达电流IM进行了反应时的限制值。通过在控制逻辑电路50中将检测电压和与限制值对应的电压进行比较，并对限制检测信号进行检测，能够检测马达电流IM进行了反应的限制值。
图4表示基于图2B的驱动方法的流程。另外，通过图3的驱动方法取得的限制值V1～V3以及定时t1～t5的数据例如保存在控制逻辑电路50中。启动马达(S401)，判定冲击电流的期间是否经过(S402)。在冲击电流的期间经过了的情况下(S402：是)，判定马达的转速是否稳定(S403)。在冲击电流的期间未经过的情况下(S402：否)，等待冲击电流的期间经过。
在马达的转速稳定的情况下(S403：是)，判定马达电流IM是否达到限制值(S404)。马达启动时的限制值例如被设定为基准值。在马达电流IM达到限制值的情况下(S404：否)，进行等待直到成为未达到限制值的状态。在马达的转速不稳定的情况下(S403：否)，进行等待直到马达的转速稳定为止。
在马达电流IM未达到限制值的情况下(S404：是)，在定时t1、t2阶段性地将限制值降低至V3、V2，在定时t3设为限制值V1(S405)。在检测到限制检测信号(S406：是)、并进行了基于限制值V1的恒流动作的情况下(S407：是)，提高到限制值V2(S408)。通过将限制值提高到V2，并检测是否输出限制检测信号，能够判定马达的劣化状态。在未检测到限制检测信号的情况下(S406：否)、以及未进行恒流动作的情况下(S407：否)，通知处于非劣化状态的情况(S411)。
在输出了限制检测信号的情况下(S409：是)，通知处于劣化状态的情况(S410)。例如，在显示装置120中显示产生了劣化的情况。在未检测到限制检测信号的情况下(S409：否)，通知处于非劣化状态的情况(S411)。
接着，提高限制值(S412)。将限制值提高到相对于限制值V2具有足够余量的限制值V3。由此，能够转移到马达电流IM不由限制值限制的通常的驱动状态。
另外，也可以不进行S402～S404的判定，而在定时t1进行是否以限制值V3输出限制检测信号的判定(S406)。此外，也可以不是始终而是在负载变动较少的马达启动时的稳定状态下进行判定。例如，也可以在从启动到定时t5为止的较短时间内有效地判定马达的劣化状态。
在未产生劣化的马达的情况下，以限制值V1来检测限制检测信号，与此相对，在劣化发展了的马达的情况下，以限制值V1、V2输出限制检测信号。控制逻辑电路50通过基础数据与检测数据的比较来进行马达的劣化状态的判定。通过在马达启动时自动地进行基础数据与检测数据的比较，并将其结果显示于显示装置120，由此能够将马达的劣化状况实时地通知给用户。
另外，在输出了限制检测信号的情况下(S409：是)，也可以通知劣化(S410)，并且进行使马达的驱动动作停止的控制。通过使马达驱动自动地停止，能够抑制由于使用劣化了的马达而导致的消耗电力增加。此外，也可以将需要进行马达的维护的情况显示于显示装置120，唤起用户的注意。
图5是表示驱动电路10的其他构成例的图。图5的驱动电路10具有连接在晶体管12、14的源极和接地之间的电阻80。经由晶体管12或14向电阻80供给马达电流IM。因而，在电阻80中产生的电压降成为与马达电流IM对应的电压。通过将在电阻80中产生的电压降的值供给到控制逻辑电路50，由此能够检测出马达电流IM。
图6是用于说明对马达的劣化状态进行检测的其他驱动方法的图。横轴表示时间，纵轴表示限制值以及马达电流IM。虚线132表示限制值的基准值，与图2的基准值对应。虚线153与图2(A)的实线150对应，表示未产生劣化的马达的马达电流IM。实线154与图2(B)的实线152对应，表示劣化发展了的马达的马达电流IM。
在图6中，在启动时，设定为比基准值低的实线133所示的限制值V10。即，通过限制值V10来限制冲击电流。
由限制值V10限制的马达电流IM，由于线圈101的反电动势的作用而减少。在马达的劣化发展了的情况下，与劣化未发展的情况相比，马达电流IM变大。因而，根据马达的劣化的发展状态，在马达电流IM减少并成为实线134所示的为了比较而设定的参照值V11的值为止的时间产生差异。例如，在马达产生劣化的情况下，与未产生劣化的情况相比，降低到参照值V11的定时延迟。因而，通过控制逻辑电路50计测马达电流IM降低到参照值V11的定时，能够检测出马达的劣化状态。例如，控制逻辑电路50将定时t10设为基础数据的参照时间，在定时t10与定时t11的时间差比规定的阈值时间长的情况下，判定为马达的劣化发展。
对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子而提示的，并不意图对发明的范围进行限定。这些新的实施方式能够以其他各种方式加以实施，在不脱离发明的主旨的范围内能够进行各种省略、置换、变更。这些实施方式以及其变形包含于发明的范围以及主旨中，并且包含于权利要求所记载的发明和与其等同的范围中。

Claims (20)

1.一种DC有刷马达的驱动装置，具备：
驱动电路，向DC有刷马达的线圈供给马达电流；以及
控制电路，在启动了上述DC有刷马达之后，在经过了规定的期间之后，使对上述马达电流的上限进行设定的限制值阶段性地降低，并对成为了上述马达电流由上述限制值限制的状态的情况进行检测。
2.如权利要求1所述的DC有刷马达的驱动装置，其中，
上述规定的期间是上述DC有刷马达启动时的马达电流减少到预先设定的阈值为止的期间。
3.如权利要求1所述的DC有刷马达的驱动装置，其中，
上述DC有刷马达启动时的上述限制值被设定为比冲击电流的上限值大的值。
4.如权利要求1所述的DC有刷马达的驱动装置，其中，
具备PWM控制电路，该PWM控制电路供给对上述驱动电路的开关元件的接通/断开进行控制的PWM信号。
5.如权利要求4所述的DC有刷马达的驱动装置，其中，
上述控制电路基于在上述驱动电路的开关元件中产生的电压降的值来检测上述马达电流。
6.如权利要求1所述的DC有刷马达的驱动装置，其中，
上述控制电路基于在与上述驱动电路连接的电阻中产生的电压降的值来检测上述马达电流。
7.如权利要求1所述的DC有刷马达的驱动装置，其中，
具备定时控制器，该定时控制器对使上述限制值阶段性地降低的定时进行控制。
8.如权利要求4所述的DC有刷马达的驱动装置，其中，
上述控制电路根据上述控制值来调整上述PWM信号的占空比。
9.如权利要求1所述的DC有刷马达的驱动装置，其中，
在成为上述马达电流由上述限制值控制的状态之后，上述控制电路进行提高上述限制值的控制。
10.如权利要求1所述的DC有刷马达的驱动装置，其中，
上述控制电路输出检测信号，该检测信号表示成为了上述马达电流由上述限制值限制的状态的情况，
上述DC有刷马达的驱动装置具备对上述检测信号进行响应的显示装置。
11.如权利要求1所述的DC有刷马达的驱动装置，其中，
上述控制电路将使上述限制值阶段性地降低的定时以及各上述定时的限制值的值作为基础数据进行保存。
12.如权利要求1所述的DC有刷马达的驱动装置，其中，
上述基础数据包含成为上述马达电流被限制的状态的限制定时以及此时的限制值的初始数据。
13.如权利要求12所述的DC有刷马达的驱动装置，其中，
上述控制电路为，
输出表示成为了上述马达电流由上述限制值限制的状态的情况的检测信号，
根据输出上述检测信号的定时与上述初始数据的上述限制定时之间的前后关系，来判定上述DC有刷马达的状态。
14.一种DC有刷马达的驱动方法，具有：
启动DC有刷马达的步骤；
在从上述DC有刷马达的启动起经过了规定的期间之后，使对向上述DC有刷马达的线圈供给的马达电流的上限进行设定的限制值阶段性地降低的步骤；以及
对成为了上述马达电流由上述限制值限制的状态的情况进行检测的步骤。
15.如权利要求14所述的DC有刷马达的驱动方法，其中，
具有将使上述限制值阶段性地降低的定时以及各上述定时的限制值的值作为基础数据进行保存的步骤。
16.如权利要求15所述的DC有刷马达的驱动方法，其中，
包括将成为上述马达电流被限制的状态的限制定时以及此时的限制值的初始数据作为上述基础数据进行保存的步骤。
17.如权利要求16所述的DC有刷马达的驱动方法，其中，具有：
输出检测信号的步骤，该检测信号表示成为了上述马达电流由上述限制值限制的状态的情况；以及
将输出上述检测信号的定时与上述初始数据的上述限制定时进行比较而判定上述DC有刷马达的状态的步骤。
18.如权利要求16所述的DC有刷马达的驱动方法，其中，具有：
输出检测信号的步骤，该检测信号表示成为了上述马达电流由上述限制值限制的状态的情况；以及
将输出上述检测信号的限制值与上述初始数据的上述限制定时的限制值进行比较而判定上述DC有刷马达的状态的步骤。
19.如权利要求14所述的DC有刷马达的驱动方法，具有：
输出检测信号的步骤，该检测信号表示成为了上述马达电流由上述限制值限制的状态的情况；以及
对上述检测信号进行响应而显示成为了上述马达电流由上述限制值限制的状态的情况的步骤。
20.一种DC有刷马达的驱动方法，具有：
将DC有刷马达启动时的马达电流限制为规定的限制值的步骤；
检测上述马达电流从由上述限制值限制的电流值降低至规定的参照值的时间的步骤；以及
将到降低至上述参照值为止的时间与规定的参照时间进行比较的步骤。
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