JP2004080929A - Motor drive control device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータ(電動機)駆動制御装置に関し、特にPWM駆動方式でモータを駆動するモータ駆動制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
PWM駆動方式によるモータ駆動制御装置は、外部から供給される駆動指令電圧に対応してデューティー比が変わる矩形波の駆動電圧をリニアモータ等のモータに印加し、駆動指令電圧に応じモータの回転・停止や回転速度といったモータの動作を制御する。リニアモータは、コイル、磁石およびヨーク等により構成され、回転型モータにおける回転子(2次側導体)に相当する部材を直線運動させるモータであり、固定子(1次側導体)および回転子の半径を無限大とした回転型モータに相当する。そこで、リニアモータにおける直線運動部材の移動は、回転型モータにおける回転子の回転に相当するので、モータの一般的表現にしたがって、ここでは回転と称することとする。
【0003】
図9は、リニアモータ10を制御する従来のモータ駆動制御装置1の構成を示すブロック回路図である。モータ駆動制御装置1は、減算器2と、演算回路3と、増幅器4および8と、PWM変調器5と、Hブリッジ回路6と、電流検出器7と、発振器23とを備えてなり、帰還ループを形成している。図9において、減算器2は、駆動指令電圧Vi と帰還電圧Vb との差の電圧を生成し、この差の電圧を誤差電圧として出力する。演算回路3は、その誤差電圧を受け、この誤差電圧をリニアモータ10の制御に適応した制御信号に変換する。増幅器4は、その制御信号を増幅し、増幅された制御信号を生成する。発振器23は、周波数が固定である基準信号を生成する。PWM変調器5は、振幅が一定であり、周波数が発振器23の出力の基準信号の周波数であり、ONの期間が制御信号の電圧に対応する矩形波であるパルス幅変調信号を生成する。このパルス幅変調信号のデューティー比は、制御信号(増幅器4の出力)の電圧値に対応し、ひいて誤差電圧(減算器2の出力)に対応している。Hブリッジ回路6は、該パルス幅変調信号を受け、これと周波数およびパルス幅が等しい駆動電圧を生成し、リニアモータ10の両端に印加し、リニアモータ10に駆動電流を供給する。電流検出器7は、リニアモータ10に流れる駆動電流を検出し、駆動電流値を表す電圧を生成する。増幅器8は、電流検出器7の出力の電圧を増幅し、帰還電圧Vbとして出力する。
【0004】
この図9の従来例においては、駆動指令電圧Vi を外部からの入力信号とする負帰還ループが形成され、リニアモータ10の駆動電流量に対応する帰還電圧Vb を負帰還信号とし、駆動指令電圧Viと帰還電圧Vbとの差の電圧を誤差電圧とすることにより、リニアモータ10に対する駆動制御作用が行われている。しかし、PWM変調器5に対して供給される基準信号は、固定周波数の発振器23により供給されており、常に一定周波数に保持されている。
【0005】
図10(a)は、図9のモータ駆動制御装置1によりリニアモータ10の入力端に印加される駆動電圧の波形図であり、同図(b)はそのリニアモータ10に流れる駆動電流を示す図である。図10(a)の駆動電圧では、矩形波のデューティー比は50%であり、同図(b)の駆動電流はリップル分だけであり、平均電流はゼロである。同図(b)では、駆動電流のリップル分の振幅は符号105で示してある。このように、図10(a)及び(b)は、駆動電流が微小であるときの駆動電圧および駆動電流をそれぞれ示す図である。
【0006】
図11(a)及び(b)は、図9のモータ駆動制御装置1により制御されるリニアモータ10の駆動電流が大きいときにおける駆動電圧および駆動電流をそれぞれ示す図である。すなわち、図11(a)は、リニアモータ10の駆動電流が大電流であるときに、図9のモータ駆動制御装置1によりリニアモータ10の入力端に印加される駆動電圧の波形図である。また、図11(b)は、リニアモータ10の駆動電流が大電流であるときに、そのリニアモータ10に流れる駆動電流を示す図である。図11(a)に示す駆動電圧では、矩形波のデューティー比は50%より大きい値である。また、図11(b)の駆動電流の波形は、直流分にリップル分が重畳された波形である。図11(b)では、駆動電流のリップル分の振幅は符号106で示してある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のモータ駆動制御装置は、モータ10に流れる駆動電流量に対応する帰還電圧Vbを負帰還することにより、駆動指令電圧Viに応じモータ10を制御すが、パルス幅変調信号の周波数は常に一定値に保持されている。
【0008】
一般に、PWM駆動方式のモータ駆動制御装置により小さい駆動電流でモータを制御するとき、駆動電圧の周波数[基準信号(発振器23の出力)およびパルス幅変調信号(PWM変調器5の出力)の周波数に同じ]とモータ駆動電流のリップルとの間には顕著な関係がある。図6(a)及び(b)は、リニアモータの両端に高い周波数の駆動電圧を印加し、しかも該駆動電圧のデューティー比がほぼ50%であり、従ってリニアモータの平均駆動電流が小さいときにおける駆動電圧および駆動電流を示す波形図である。図7(a)及び(b)は、リニアモータの両端に低い周波数の駆動電圧を印加し、しかも該駆動電圧のデューティー比がほぼ50%であり、従ってリニアモータの平均駆動電流が小さいときにおける駆動電圧および駆動電流を示す波形図である。図6(a)および図7(a)に示す駆動電圧の振幅は同じである。
【0009】
図6(b)および図7(b)の対比から明らかなように、PWM駆動方式のモータ駆動制御装置によりリニアモータを小電流で駆動するときは、パルス幅変調信号の周波数が高い場合(図6を参照)、電流リップルの振幅101は低い値に抑制されているが、パルス幅変調信号の周波数が低い場合には(図7を参照)、電流リップルの振幅102は高い値に推移している。小電流駆動時には、モータはほぼ停止しており、駆動電流のリップル分は回転子を振動させる作用をする。したがって、モータの小電流駆動時には、駆動電流のリップル分は小さいことが望まれる。他方、大電流駆動時には、モータは回転しており、駆動電流のリップル分が回転子の回転に与える影響は実際上無視し得る。大電流駆動時には、Hブリッジ回路6におけるスイッチング損失が大きく、このスイッチング損失によりモータ駆動制御装置の効率の低下および温度上昇を招く。スイッチング損失は、パルス幅変調信号の周波数に比例して増大する。したがって、モータの大電流駆動時には、駆動電流のリップル分の大きさは然したる支障とはならないが、パルス幅変調信号の周波数が小さいことが望まれる。
【0010】
従来のPWM駆動方式モータ駆動制御装置においては、小電流駆動時および大電流駆動時を通じてパルス幅変調信号の周波数は一定値に固定されているので、小電流駆動時における駆動電流のリップル分の抑制ができず、また大電流駆動時におけるスイッチング損失の低減を図ることもできない。そこで、従来のPWM駆動方式モータ駆動制御装置では、モータの運転モード全体を通して効率の向上を図り、或いは温度上昇を抑制することができない。
【0011】
そこで、本発明の目的は、モータの小電流駆動時においては駆動電流におけるリップル成分を抑制し、大電流駆動時においてはスイッチング損失による発熱または効率の劣化を低減するモータ駆動制御装置の提供にある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前述の課題を解決するために次の手段を提供する。
【0013】
(1)モータの駆動電流に基づく帰還電圧を生成する手段と、駆動指令電圧と該帰還電圧との差である誤差電圧を生成する手段と、基準信号を生成する発振器と、デューティー比が該誤差電圧に対応し、周波数が発振器23の出力の基準信号の周波数であるパルス幅変調信号を生成する手段と、該パルス幅変調信号を受け、該デューティー比の駆動電圧を該モータに供給するHブリッジ回路とを備え、前記駆動指令電圧に応じて該モータを制御するモータ駆動制御装置において、前記発振器は、前記帰還電圧を受け、該帰還電圧が小さいときは該帰還電圧が大きいときより前記基準信号の周波数を大きくすることを特徴とするモータ駆動制御装置。
【0014】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態につき図面を参照し具体的に説明する。
【0015】
図1は、本発明の一実施の形態の構成を示すブロック図である。本実施の形態であるモータ駆動制御装置1の制御対象はリニアモータ10である。図1に示されるように、モータ駆動制御装置1は、減算器2と、演算回路3と、増幅器4および8と、PWM変調器5と、Hブリッジ回路6と、電流検出器7と、可変発振器9とを備えてなる。本実施の形態が前述の図9の従来例と異なる点は、基準信号を生成する発振器として、従来例の固定発振周波数の発振器23に代えて、可変発振器9が採用されていることである。
【0016】
図2は、上記の可変発振器9の一例の構成を示すブロック図である。この可変発振器9は、全波整流器11、加算器12、反転増幅器13、スイッチ14、積分器15、比較器16およびフリップフロップ17からなる。可変発振器9は一般に知られている回路であり、その詳しい作動説明は省略する。帰還電圧Vbに比例する電圧Vとその反転電圧−Vとがスイッチ14へ供給され、フリップフロップ17の出力により、スイッチ14が電圧Vおよび−Vを交互に選択する。積分器15は、電圧V又は反転電圧−Vを積分し、帰還電圧Vbに反比例した周波数の矩形波である基準信号を生成する。
【0017】
また、図3は、PWM変調器5と、Hブリッジ回路6と、電流検出器7と、リニアモータ10とを含む部分回路例を示す図である。Hブリッジ回路6は、ゲート信号生成器18とFET19〜22からなる。リニアモータ10は、電流検出器7とともに、Hブリッジ回路6の負荷回路として形成されている。
【0018】
図1において、本実施の形態では、図9の従来例の場合と同様に、減算器2は、直流電圧である駆動指令電圧Vi と、増幅器8より送られてくる直流電圧の帰還電圧Vb との減算を行い、両入力電圧の差を誤差電圧として演算回路3へ供給する。演算回路3は、その誤差電圧を受け、リニアモータ10の特性に応じた制御電圧を生成する。増幅器4は、演算回路3の出力の制御電圧を増幅し、制御電圧を出力する。可変発振器9は、帰還電圧Vbに反比例する周波数で発振し、その周波数の基準信号を生成する。PWM変調器5は、その基準信号および増幅器4の出力の制御電圧を受け、周波数が基準信号と同じであり、デューティー比が制御電圧に比例し、振幅が一定である矩形波のパルス幅変調信号を生成する。Hブリッジ回路6は、そのパルス幅変調信号のパルス幅に基づく矩形波の駆動電圧をリニアモータ10に印加し、リニアモータ10に駆動電流を供給し、リニアモータ10を駆動指令電圧Viに応じた方向に駆動する。リニアモータ10の駆動電流は、電流検出器7において検出される。電流検出器7の出力は増幅器8で増幅され、直流の帰還電圧Vbとなる。上述のように、図1のモータ駆動制御装置では、リニアモータ10に対する駆動電流が増大すると、帰還電圧Vb が増大し、基準信号の周波数は減少し、逆にリニアモータ10の駆動電流が減少すると、帰還電圧Vb が減少し、基準信号の周波数は増大する。
【0019】
このように、本実施の形態おいては、図9の従来例の場合と同様に、駆動指令電圧Vi に対応する負帰還ループにより、リニアモータ10に流入する駆動電流量が検出され、該駆動電流量を帰還電圧Vb に対し負帰還することにより、リニアモータ10を安定に駆動制御する。更に、本実施の形態では、従来の発振器23に代えて可変発振器9を設け、可変発振器9を含む帰還ループにより、PWM変調器5に供給される基準信号の周波数は、該帰還電圧Vb により制御されて、上述のように、駆動電流が増大する際には、帰還電圧Vb の上昇に伴ない基準信号の周波数は減少する向きに変化し、リニアモータ10に対する駆動電流が減少する際には、帰還電圧Vb の下降に伴ない基準信号の周波数は増大する向きに変化する。このことは本発明の特徴とする点であり、この構成により基準信号の周波数は、リニアモータ10の小電流駆動時においては高い周波数領域に設定され、リニアモータ10の大電流駆動時においては低い周波数領域に設定されるとともに、駆動電流の変動領域に対応して連続的に制御調整される。
【0020】
図4(a)および(b)は、本実施の形態において、基準信号のデューティー比がほぼ50%であり、リニアモータ10に流入する電流が小電流のときに、Hブリッジ回路6を介して、リニアモータ10の両端に印加されるに駆動電圧と、リニアモータ10に流入する駆動電流それぞれを示す図である。また、図5(a)および(b)は、本実施の形態において、基準信号のデューティー比が50%以上であり、リニアモータ10に流入する電流が大電流のときに、Hブリッジ回路6を介して、リニアモータ10の両端に印加される駆動電圧と、リニアモータ10に流入する駆動電流それぞれを示す図である。
【0021】
図8は、本実施の形態におけるモータ駆動電流とパルス幅変調信号の周波数との関係を示す特性図である。特性線110は、両者の関係が直線的である場合を示し、特性線111及び112は両者の関係がやや非直線的である場合を示す。モータ駆動電流とパルス幅変調信号の周波数の関係が、これらの内のどの特性線の性質をもつにしても、本実施の形態では、モータ駆動電流が増大するときはパルス幅変調信号の周波数は減少する。モータ駆動電流とパルス幅変調信号の周波数とをこのような関係に保持する本実施の形態では、モータ駆動電流が小さいときは、モータ駆動電流のリップル成分が小さく、モータが振動することが少ない。他方、モータ駆動電流が大きいときは、パルス幅変調信号の周波数が減少し、Hブリッジ回路におけるスイッチング損失が減少し、発熱が少なく、効率が増大する。
【0022】
【発明の効果】
以上に実施の形態を挙げ、具体的に説明したように、本発明によれば、モータの小電流駆動時においては駆動電流におけるリップル成分を抑制し、大電流駆動時においてはスイッチング損失による発熱または効率の劣化を低減するモータ駆動制御装置が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図2】図1における可変発振器の一例の構成を示すブロック図である。
【図3】図1におけるHブリッジ回路周辺の部分回路例を示す図である。
【図4】図1の実施の形態における小電流駆動時のリニアモータ両端電圧と、リニアモータ駆動電流を示す波形図である。
【図5】図1の実施の形態における大電流駆動時のリニアモータ両端電圧と、リニアモータに流れる駆動電流を示す波形図である。
【図6】パルス幅変調信号の周波数が高いときのリニアモータ両端電圧と、リニアモータ駆動電流を示す波形図である。
【図7】パルス幅変調信号の周波数が低いときのリニアモータ両端電圧と、リニアモータ駆動電流を示す波形図である。
【図8】図1の実施の形態におけるモータ駆動電流とパルス幅変調信号の周波数との関係を示す特性図である。
【図9】従来例の構成を示すブロック図である。
【図10】従来例における、小電流駆動時におけるリニアモータ両端電圧と、リニアモータ駆動電流を示す波形図である。
【図11】従来例における、大電流駆動時におけるリニアモータ両端電圧と、リニアモータ駆動電流を示す波形図である。
【符号の説明】
1 モータ駆動制御装置
2 減算器
3 演算回路
4,8 増幅器
5 PWM変調器
6 Hブリッジ回路
7 電流検出器
9 可変発振器
10 リニアモータ
11 全波整流器
12 加算器
13 反転増幅器
14 スイッチ
15 積分器
16 比較器
17 フリップフロップ
18 ゲート信号生成器
19〜22 FET
23 発振器
Vi 駆動指令電圧
Vb 帰還電圧[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a motor (motor) drive control device, and more particularly to a motor drive control device that drives a motor by a PWM drive method.
[0002]
[Prior art]
A motor drive control device based on the PWM drive method applies a rectangular wave drive voltage whose duty ratio changes in response to a drive command voltage supplied from the outside to a motor such as a linear motor, and controls the rotation of the motor according to the drive command voltage. It controls the operation of the motor, such as stopping and rotating speed. The linear motor is composed of a coil, a magnet, a yoke, and the like, and is a motor that linearly moves a member corresponding to a rotor (secondary conductor) in a rotary motor, and includes a stator (primary conductor) and a rotor. This corresponds to a rotary motor with an infinite radius. Therefore, since the movement of the linear motion member in the linear motor corresponds to the rotation of the rotor in the rotary motor, it is referred to as rotation in accordance with a general expression of the motor.
[0003]
FIG. 9 is a block circuit diagram showing a configuration of a conventional motor drive control device 1 for controlling the
[0004]
In the conventional example of FIG. 9, a negative feedback loop is formed in which the drive command voltage Vi is used as an external input signal, and the feedback voltage Vb corresponding to the amount of drive current of the
[0005]
FIG. 10A is a waveform diagram of a drive voltage applied to the input terminal of the
[0006]
FIGS. 11A and 11B are diagrams respectively showing the drive voltage and the drive current when the drive current of the
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The conventional motor drive control device described above controls the
[0008]
Generally, when controlling a motor with a smaller drive current by a PWM drive type motor drive control device, the frequency of the drive voltage [the frequency of the reference signal (output of the oscillator 23) and the frequency of the pulse width modulation signal (output of the PWM modulator 5)] The same) and the ripple of the motor drive current. FIGS. 6A and 6B show a case where a high-frequency drive voltage is applied to both ends of the linear motor, and the duty ratio of the drive voltage is approximately 50%, so that the average drive current of the linear motor is small. FIG. 3 is a waveform diagram showing a driving voltage and a driving current. FIGS. 7A and 7B show a case where a low-frequency drive voltage is applied to both ends of the linear motor, and the duty ratio of the drive voltage is approximately 50%, so that the average drive current of the linear motor is small. FIG. 3 is a waveform diagram showing a driving voltage and a driving current. The drive voltage amplitudes shown in FIGS. 6A and 7A are the same.
[0009]
As is clear from the comparison between FIG. 6B and FIG. 7B, when the linear motor is driven with a small current by the PWM drive type motor drive control device, the frequency of the pulse width modulation signal is high (see FIG. 6), the
[0010]
In the conventional PWM drive type motor drive control device, the frequency of the pulse width modulation signal is fixed to a constant value during the small current drive and the large current drive, so that the ripple of the drive current during the small current drive is suppressed. In addition, it is not possible to reduce the switching loss when driving a large current. Therefore, the conventional PWM drive type motor drive control device cannot improve the efficiency throughout the entire operation mode of the motor or suppress the temperature rise.
[0011]
Therefore, an object of the present invention is to provide a motor drive control device that suppresses a ripple component in a drive current when driving a motor with a small current, and reduces heat generation or deterioration in efficiency due to switching loss when driving a large current. .
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides the following means for solving the above-mentioned problems.
[0013]
(1) means for generating a feedback voltage based on the drive current of the motor, means for generating an error voltage that is a difference between the drive command voltage and the feedback voltage, an oscillator for generating a reference signal, Means for generating a pulse width modulation signal corresponding to the voltage and having a frequency equal to the frequency of the reference signal output from the
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
[0015]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of the present invention. The control target of the motor drive control device 1 according to the present embodiment is a
[0016]
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of an example of the
[0017]
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a partial circuit including the
[0018]
In FIG. 1, in the present embodiment, as in the case of the conventional example in FIG. 9, the
[0019]
As described above, in the present embodiment, the amount of drive current flowing into the
[0020]
FIGS. 4A and 4B show that, in the present embodiment, when the duty ratio of the reference signal is approximately 50% and the current flowing into the
[0021]
FIG. 8 is a characteristic diagram showing the relationship between the motor drive current and the frequency of the pulse width modulation signal in the present embodiment. A
[0022]
【The invention's effect】
According to the embodiments of the present invention described above, according to the present invention, the ripple component in the driving current is suppressed when the motor is driven with a small current, and the heat generation or the switching loss is caused when the motor is driven with a large current. A motor drive control device that reduces the deterioration of efficiency can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of an example of a variable oscillator in FIG.
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a partial circuit around an H-bridge circuit in FIG. 1;
FIG. 4 is a waveform diagram showing a voltage across a linear motor and a driving current of the linear motor when driving a small current in the embodiment of FIG. 1;
FIG. 5 is a waveform diagram showing a voltage across the linear motor and a drive current flowing through the linear motor when driving a large current in the embodiment of FIG. 1;
FIG. 6 is a waveform diagram showing the voltage across the linear motor and the linear motor drive current when the frequency of the pulse width modulation signal is high.
FIG. 7 is a waveform diagram showing the voltage across the linear motor and the linear motor drive current when the frequency of the pulse width modulation signal is low.
FIG. 8 is a characteristic diagram illustrating a relationship between a motor drive current and a frequency of a pulse width modulation signal in the embodiment of FIG. 1;
FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of a conventional example.
FIG. 10 is a waveform diagram showing a linear motor driving voltage and a linear motor driving current at the time of small current driving in a conventional example.
FIG. 11 is a waveform diagram showing a linear motor driving voltage and a linear motor driving current during a large current driving in a conventional example.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 1 motor
23 Oscillator Vi Drive command voltage Vb Feedback voltage
Claims (1)
前記発振器は、前記帰還電圧を受け、該帰還電圧が小さいときは該帰還電圧が大きいときより前記基準信号の周波数を大きくすることを特徴とするモータ駆動制御装置。Means for generating a feedback voltage based on the drive current of the motor, means for generating an error voltage that is a difference between the drive command voltage and the feedback voltage, an oscillator for generating a reference signal, and a duty ratio corresponding to the error voltage Means for generating a pulse width modulation signal whose frequency is the frequency of the reference signal; and an H bridge circuit for receiving the pulse width modulation signal and supplying a drive voltage having the duty ratio to the motor. In a motor drive control device that controls the motor according to the command voltage,
The motor drive control device, wherein the oscillator receives the feedback voltage, and increases the frequency of the reference signal when the feedback voltage is low as compared with when the feedback voltage is high.
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