JP2005218261A - モータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】位相角を調整する場合に、正確にその調整を行うことができるモータ駆動装置を提供する。
【解決手段】ブラシレスＤＣモータ１０のモータ駆動装置１２において、トルクに関する情報と回転数に関する情報に基づいて、トルクの大きさの情報と回転数の速さの情報の両方を含んだ進角信号ＬＡを生成する進角回路４６と、進角信号ＬＡに含まれたトルクの大きさの情報が大きい程に制御信号の位相の進角を大きくし、また、進角信号ＬＡに含まれた回転数の速さの情報が大きい程に制御信号の位相の進角を大きくする第２制御ブロック１６を有するものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ブラシレスＤＣモータの駆動装置に関するものである。

ブラシレスＤＣモータの回転子の位置を検出するために、ホールＩＣなどの磁気検出素子が設けられている。

このような磁気検出素子によって回転子の位置を検出する場合に、その検出した位置検出信号に関して位相角を調整する必要がある。

この位相角を制御する方法として、従来より、インバータ回路とブラシレスＤＣモータの固定子巻線との間に設けられたシャント抵抗を流れる電流を検出し、この検出電流の変化を、フィルタ回路と増幅回路を経て位相角調整用電圧として使用するものが提案されている（特許文献１）。
特開２００２−１０１６８３公報

しかしながら、ブラシレスＤＣモータはインバータ回路を用いてパルス幅変調方式で回転速度の可変を行っているため、前記のような位相角調整用電圧で位相角を調整した場合に、その位相角を正確に調整できないとう問題点がある。

そこで、本発明は上記問題点に鑑み、位相角を調整する場合に、正確にその調整を行うことができるモータ駆動装置を提供するものである。

請求項１に係る発明は、三相のブラシレスＤＣモータの回転子の位置を検出する磁気検出素子と、前記磁気検出素子からの位置検出信号に基づいて前記回転子の回転位置を推定する位置推定回路と、前記位置推定回路からの位置推定信号と、外部から入力する速度指令信号に基づいて制御信号を出力する制御回路と、前記制御信号に基づいてＰＷＭ信号を出力するＰＷＭ回路と、前記ＰＷＭ信号に基づいて三相の駆動電流を三相の固定子巻線へそれぞれ供給するインバータ回路と、を有するモータ駆動装置において、前記ブラシレスＤＣモータのトルクに関する情報と、回転数に関する情報に基づいて、前記トルクの大きさの情報と前記回転数の速さの情報の両方を含んだ進角信号を生成する進角回路を有し、前記制御回路は、前記進角信号に基づいて前記制御信号の位相を調整するものであり、前記進角信号に含まれた前記トルクの大きさの情報が大きい程に前記制御信号の位相の進角を大きくし、また、前記進角信号に含まれた前記回転数の速さの情報が大きい程に前記制御信号の位相の進角を大きくすることを特徴とするモータ駆動装置である。

請求項２に係る発明は、前記トルクに関する情報とは、前記インバータ回路を流れるモータ電流であり、前記モータ電流を検出抵抗によって検出して前記進角回路へ出力することを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置である。

請求項３に係る発明は、前記回転数に関する情報とは、前記速度指令信号であり、前記速度指令信号を前記進角回路へ出力することを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置である。

請求項４に係る発明は、前記回転数に関する情報とは、前記速度指令信号であり、前記トルクに関する情報とは、前記インバータ回路を流れるモータ電流であり、前記進角回路は、前記モータ電流を増幅する増幅回路と、前記速度指令信号を三角波と比較してＰＷＭ変調を行うＰＷＭ回路と、前記ＰＷＭ変調した変調信号に基づいて前記増幅したモータ電流をスイッチングして進角信号を生成するスイッチング回路と、を有し、前記制御回路は、前記進角信号の振幅が大きい程に前記制御信号の位相の進角を大きくし、また、前記進角信号の波長が長い程に前記制御信号の位相の進角を大きくすることを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置である。

請求項５に係る発明は、前記進角回路は、前記増幅回路の増幅率によってモータ電流に対する重みを決定することを特徴とする請求項４記載のモータ駆動装置である。

請求項６に係る発明は、前記進角回路は、前記ＰＷＭ回路へ入力する三角波の振幅によって速度指令信号に対する重みを決定することを特徴とする請求項４記載のモータ駆動装置である。

請求項７に係る発明は、前記制御回路には、前記トルクの大きさの情報と前記制御信号の位相の進角の度合いとの関係を予め記憶し、また、前記回転数の速さの情報と前記制御信号の位相の進角の度合いとの関係を予め記憶した記憶手段を有し、前記前記トルクの大きさの情報、または、前記回転数の速さの情報に基づいて前記位相の進角の度合いを前記記憶手段から呼び出すことを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置である。

請求項１に係る発明のモータ駆動装置においては、進角回路は、ブラシレスＤＣモータのトルクに関する情報と回転数に関する情報に基づいて、トルクの大きさの情報と回転数の速さの情報を両方含んだ進角信号を生成する。

制御回路は、進角信号に含まれたトルクの大きさの情報が大きい程に制御信号の進角を大きくし、また、進角信号に含まれた回転数の速さの情報が大きい程に制御信号の進角を大きくするものである。

これによって、モータ駆動装置は、正確に位相制御を行うことができる。そのため、定速度運転や定トルク運転時においても、正確にモータの制御を行うことができる。

請求項２に係る発明のモータ駆動装置においては、トルクに関する情報が、インバータ回路を流れるモータ電流であり、モータ電流を検出抵抗によって検出して進角回路へ出力する構造であるため、簡単にトルクに関する情報を入手することができる。

請求項３に係る発明のモータ駆動装置においては、回転数に関する情報が速度指令信号であるため、簡単に回転数に関する情報を入手することができる。

請求項４に係る発明のモータ駆動装置においては、回転数に関する情報が速度指令信号であり、トルクに関する情報がインバータ回路を流れるモータ電流である。そして、進角回路は増幅回路によってモータ電流を増幅し、ＰＷＭ回路によって速度指令信号をＰＷＭ変調を行って変調信号を生成する。そして、スイッチング回路では、この生成した変調信号に基づいて増幅したモータ電流をスイッチングして進角信号を生成する。これにより、進角信号の振幅がトルクの大きさの情報となり、変調率（波長の長さ）が回転数の速さに関する情報となる。

制御回路は、進角信号の振幅が大きい程に制御信号の進角を大きくし、また、進角信号の波長が長い程に制御信号の進角を大きくする。

請求項５に係る発明のモータ駆動装置においては、進角回路は、増幅回路の増幅率によってモータ電流に対する重みを決定する。これによって、トルクに対する重みを大きくしたい場合には増幅率を大きくすることによって実現できる。例えば、定速回転などのように回転数が一定の場合に、このトルクに対する重みを大きくすることによって進角信号を正確に生成することができる。

請求項６に係る発明のモータ駆動装置においては、進角回路は、ＰＷＭ回路へ入力する三角波の振幅によって速度指令信号に対する重みを決定する。即ち、変調率によって速度指令信号に対する重みを決定する。これによって、定トルク運転などのようにトルクが一定の場合に、速度指令信号（回転数）に対する重みを大きくすることによって、進角信号を正確に生成することができる。

請求項７に係る発明のモータ駆動装置であると、制御回路は、トルクの大きさの情報、または、回転数の速さの情報に基づいて位相の進角の度合いを記憶手段から呼び出し、正確に制御信号の位相の進角を調整できる。

以下、本発明の一実施形態の三相のブラシレスＤＣモータ（以下、モータという）の駆動装置１２について図１及び図２に基づいて説明する。

（１）駆動装置１２の構成
以下、図１に基づいて駆動装置１２の構成について説明する。

駆動装置１２は、第１制御ブロック１４と第２制御ブロック１６とより構成され、各ブロックはＩＣまたはマイコンによって構成されている。

（１−１）第１制御ブロック１４の構成
まず、第１制御ブロック１４の構成について説明する。

第１制御ブロック１４は、インバータ回路１８、論理回路２０、上段側ドライバー回路２２、下段側ドライバー回路２４より構成されている。

インバータ回路１８には、モータ電圧であるＶｍが入力し、第１制御ブロック１４の全体を動かすための制御電圧Ｖｃｃが入力する。

インバータ回路１８は、６個のスイッチングトランジスタとダイオードとより構成され、このインバータ回路１８における上段のトランジスタと下段のトランジスタの接続点から三相の固定子巻線２６ｕ，２６ｖ，２６ｗに駆動電流を供給する。

論理回路２０は、第２制御ブロック１６から入力した制御信号に基づいて上段側ドライバー回路２２及び下段側ドライバー回路２４を制御して、インバータ回路１８の上段側の３個のトランジスタと下段側の３個のトランジスタをオン／オフすることにより、モータ１０の回転を制御している。

インバータ回路１８の下段側のトランジスタのマイナス側にはモータ電流を検出するためのシャント抵抗２８が接続されている。

モータ１０の回転子の位置を検出するために、ホールＩＣ３０が配されており、このホールＩＣ３０から位置検出信号が出力される。

（１−２）第２制御ブロック１６の構成
次に、第２制御ブロック１６の構成について説明する。

第２制御ブロック１６は、カウンタ回路３２、出力波形生成回路３４、データセレクト回路３６、ＰＷＭ回路３８、ゲートブロック回路４０、デットタイム回路４２、保護リセット回路４４、進角回路４６、位置推定回路４８とより構成されている。

位置推定回路４８は、ホールＩＣ３０から入力する位置検出信号に基づいて、推定した回転子の位置である位置信号をカウンタ回路３２に出力する。

カウンタ回路３２は、位置推定回路４８からの位置信号のアップエッジ（またはダウンエッジ）から次のダウンエッジ（またはアップエッジ）までの時間をカウントし出力波形生成回路３４に出力する。また、進角回路４６からの進角信号ＬＡに基づいて位相制御を行う。この位相制御については、後述する。

出力波形生成回路３４では、速度指令信号Ｖｅと、カウンタ回路３２でカウントした時間に基づいて変調波形を生成する。

データセレクト回路３６では、所定の条件に基づいて変調波形を６０°リセットまたは３６０°リセットに分けてリセットし、その変調波形の制御信号をＰＷＭ回路３８に出力する。

ＰＷＭ回路３８では、入力した変調波形の制御信号と三角波とを比較してＰＷＭ信号を生成してゲートブロック回路４０に出力する。このＰＷＭ信号は、デットタイム回路４２を経て論理回路２０に出力する。

ゲートブロック回路４０は、保護リセット回路４４からの信号によってＰＷＭ信号を遮断するものであり、保護リセット回路４４は、シャント抵抗２８によって検出された検出電流Ｉｄｃが所定値以上になると過電流であるとしてゲートブロック回路４０に遮断を指示する。

デットタイム回路４２は、ＰＷＭ信号の出力タイミングを調整するものである。

以上により、カウンタ回路３２、出力波形生成回路３４、データセレクト回路３６よりなる制御回路は、外部から入力する速度指令信号Ｖｅに基づいて、現在推定している回転数が速度指令信号Ｖｅの値になるようにフィードバック制御した変調波形の制御信号をＰＷＭ回路３８へ出力して、モータ１０を目的の回転数によって回転させることができる。

（２）進角回路４６の構成
（２−１）位相制御の説明
まず、進角回路４６の構成を説明する前に位相制御について説明する。

モータ１０の回転子の位置をホールＩＣ３０によって検出する場合に、ホールＩＣ３０は回転子に設けられているＳ極とＮ極の磁石部分からの磁力によってその位置を検出している。ところが、この位置検出において、モータ１０の固定子巻線２６に流れる駆動電流（界磁電流）が大きくなる程、即ち、トルクが大きくなる程その界磁電流からの影響を受けてホールＩＣ３０は回転子の正確な位置を検出できないこととなるため、位相を調整する必要がある。したがって、トルクが大きい程に、検出する位相が遅れるため、制御を行うための位相を進める必要がある。

また、このホールＩＣ３０の位置検出は、回転数によっても影響される。即ち、回転数が速い程検出する位相が遅れることとなるため、制御する位相を進める必要がある。

そのため、本実施形態では、トルクが大きい程に制御する位相を進め、また、回転数が大きい程に制御する位相を進める制御を行うものである。そして、この制御を行うために進角回路４６を設けている。

（２−２）進角回路４６の構成
図２は、進角回路４６の構成である。

進角回路４６は、増幅回路５０、ピークホールド回路５２、スイッチング回路５４、ＰＷＭ回路５６、三角波発生回路５８、フィルタ回路６０とより構成されている。

増幅回路５０は、シャント抵抗２８によって検出した検出電流Ｉｄｃが入力する。そして、この検出電流Ｉｄｃを増幅率Ａで増幅してピークホールド回路５２に出力する。

ピークホールド回路５２では、増幅された検出電流Ｉｄｃについて最大値で所定時間ピークホールドを行い、スイッチング回路５４に出力する。

一方、ＰＷＭ回路５６には、速度指令信号Ｖｅと三角波発生回路５８からの三角波が入力し、速度指令信号Ｖｅを三角波で比較し、ＰＷＭ変調を行い、スイッチング回路５４に出力する。

スイッチング回路５４では、ＰＷＭ回路５６から出力されたＰＷＭ信号に基づいてオン／オフを行って、ピークホールド回路５２から出力されている検出電流Ｉｄｃをオン／オフしてフィルタ回路６０に出力する。

フィルタ回路６０では雑音等を除去して、進角信号ＬＡとして出力する。

（２−３）進角回路４６の働き
この進角回路４６の働きについて説明する。

シャント抵抗２８によって検出された検出電流Ｉｄｃは、モータ１０のトルクに対応し、トルクが大きければ検出電流Ｉｄｃが大きくなる。即ち、この検出電流Ｉｄｃはトルクに関する情報を含んでいる。そのため、この検出電流Ｉｄｃを増幅回路５０によって増幅しピークホールド回路５２を経て出力する。

一方、速度指令信号Ｖｅは、回転数に関する情報であり、これをＰＷＭ変調を行い、回転数の大きさの情報を波長の長さに変換している。

この変換したＰＷＭ信号の波長の情報を、前記増幅した検出電流Ｉｄｃに含ませるためにスイッチング回路５４でオン／オフして進角信号ＬＡを生成する。進角信号ＬＡは、その振幅の大きさでトルクの大きさが表され、波長の長さによって回転数の大きさが表現されている。振幅が大きければトルクが大きくなり、波長が長ければ回転数が速い情報となっている。

（２−３）カウンタ回路３２の役割
進角回路４６から進角信号ＬＡが入力するカウンタ回路３２の役割について改めて説明する。

カウンタ回路３２は上記したように速度指令信号Ｖｅと現在推定されている回転数に基づいてフィードバック制御を行い現在の回転数が常に速度指令信号で指令されている回転数になるようにカウンタ値を生成しているものであるが、この場合に進角信号ＬＡに基づいてそのカウンタ値を調整し、位相を制御している。

即ち、進角信号ＬＡの振幅が大きければトルクが大きいと判断して、位相が進むようにカウンタ値を制御する。

また、進角信号ＬＡの波長が長ければ回転数が速いものとして、位相を進めるように制御している。

この振幅の値と進相の値との関係については予めメモリしておき、波長の値と進相の値についても予めメモリに記憶しておく。これによって、入力する進角信号ＬＡの振幅と波長に基づいて進相を制御することができる。

そして、位相の進み具合がカウンタ値によって調整されると、ＰＷＭ回路３８から出力されるＰＷＭ信号についてもその位相が調整された内容で論理回路２０に出力される。そのため、従来とは異なりトルクに関する情報と回転数に関する情報によって位相制御が行われているため、パルス幅変調方式の速度可変を行っても、位相角が正常に設定でき、モータ１０を正確に回転させることができる。

（２−４）定速度運転の場合
モータ１０を一定の回転数で回転させる定速度運転の場合には、回転数に関する情報よりもトルクに関する情報を重視して位相を制御する必要がある。

そのため、モータ１０が定速度運転に用いられるものである場合には、増幅回路５０の増幅率Ａを予め大きくして、トルクに関する情報（検出電流Ｉｄｃ）に対する重みを大きくして、トルクに関する情報が位相制御に反映され易いようにする。

これにより、定速度運転において、トルクに敏感に反応する位相制御を行うことができる。

（２−５）定トルク運転の場合
トルクを一定数にして回転数を可変にする場合には、トルクに関する情報よりも回転数に関する情報を重視する必要がある。

そのため、回転数に関する情報の重みを大きくするため、三角波発生回路５８によって発生する三角波の振幅を大きくする。このため、ＰＷＭ回路５６によって発生するＰＷＭ信号にその重みを反映させることができる。

これにより、定トルク運転において、回転数に敏感に反応する位相制御を行うことができる。

本発明に係るモータ駆動装置は、ファンモータやその他のモータの駆動装置として好適である。

本発明の一実施形態を示すモータ駆動装置のブロック図である。 進角回路のブロック図である。

符号の説明

１０ モータ
１２ 駆動装置
１８ インバータ回路
２８ シャント抵抗
３０ ホールＩＣ
３２ カウンタ回路
３８ ＰＷＭ回路
４６ 進角回路
４８ 位置推定回路
５０ 増幅回路
５２ ピークホールド回路
５４ スイッチング回路
５６ ＰＷＭ回路
５８ 三角波発生回路

Claims (7)

1. 三相のブラシレスＤＣモータの回転子の位置を検出する磁気検出素子と、
   前記磁気検出素子からの位置検出信号に基づいて前記回転子の回転位置を推定する位置推定回路と、
   前記位置推定回路からの位置推定信号と、外部から入力する速度指令信号に基づいて制御信号を出力する制御回路と、
   前記制御信号に基づいてＰＷＭ信号を出力するＰＷＭ回路と、
   前記ＰＷＭ信号に基づいて三相の駆動電流を三相の固定子巻線へそれぞれ供給するインバータ回路と、
   を有するモータ駆動装置において、
   前記ブラシレスＤＣモータのトルクに関する情報と、回転数に関する情報に基づいて、前記トルクの大きさの情報と前記回転数の速さの情報の両方を含んだ進角信号を生成する進角回路を有し、
   前記制御回路は、前記進角信号に基づいて前記制御信号の位相を調整するものであり、前記進角信号に含まれた前記トルクの大きさの情報が大きい程に前記制御信号の位相の進角を大きくし、また、前記進角信号に含まれた前記回転数の速さの情報が大きい程に前記制御信号の位相の進角を大きくする
   ことを特徴とするモータ駆動装置。
2. 前記トルクに関する情報とは、前記インバータ回路を流れるモータ電流であり、
   前記モータ電流を検出抵抗によって検出して前記進角回路へ出力する
   ことを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
3. 前記回転数に関する情報とは、前記速度指令信号であり、
   前記速度指令信号を前記進角回路へ出力する
   ことを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
4. 前記回転数に関する情報とは、前記速度指令信号であり、
   前記トルクに関する情報とは、前記インバータ回路を流れるモータ電流であり、
   前記進角回路は、
   前記モータ電流を増幅する増幅回路と、
   前記速度指令信号を三角波と比較してＰＷＭ変調を行うＰＷＭ回路と、
   前記ＰＷＭ変調した変調信号に基づいて前記増幅したモータ電流をスイッチングして進角信号を生成するスイッチング回路と、
   を有し、
   前記制御回路は、
   前記進角信号の振幅が大きい程に前記制御信号の位相の進角を大きくし、また、前記進角信号の波長が長い程に前記制御信号の位相の進角を大きくする
   ことを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
5. 前記進角回路は、前記増幅回路の増幅率によってモータ電流に対する重みを決定する
   ことを特徴とする請求項４記載のモータ駆動装置。
6. 前記進角回路は、前記ＰＷＭ回路へ入力する三角波の振幅によって速度指令信号に対する重みを決定する
   ことを特徴とする請求項４記載のモータ駆動装置。
7. 前記制御回路には、前記トルクの大きさの情報と前記制御信号の位相の進角の度合いとの関係を予め記憶し、また、前記回転数の速さの情報と前記制御信号の位相の進角の度合いとの関係を予め記憶した記憶手段を有し、
   前記前記トルクの大きさの情報、または、前記回転数の速さの情報に基づいて前記位相の進角の度合いを前記記憶手段から呼び出す
   ことを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
   

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