JP2006060901A

JP2006060901A - モータ駆動装置

Info

Publication number: JP2006060901A
Application number: JP2004239250A
Authority: JP
Inventors: Kenji Sugiura; 賢治杉浦
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-08-19
Filing date: 2004-08-19
Publication date: 2006-03-02

Abstract

【課題】過温度になるような状態の時に、定められた温度を維持しながらモータを駆動させ、駆動装置の温度保護を行いながら、エアコン等のモータを使用する機器への影響を抑える。
【解決手段】温度検出器７０により出力される信号ＴＨの値の上昇すなわち温度の上昇により過温度検出器９４が出力する信号ＣＬ２を低下させ、信号ＣＬ２と電流検出器９２からの信号ＣＬ０を過電流検出器９１で比較した結果により駆動電流の抑制をすることで、定められた温度を維持しながらモータを駆動させる。
【選択図】図１

Description

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、空気清浄機に使用されるブラシレスＤＣモータ等のモータを駆動するためのモータ駆動装置に関するものである。

例えば、空調機器等に用いられる各種駆動用モータは、長寿命、高信頼性、速度制御の容易さ等の長所を活かして、ブラシレスＤＣモータが用いられることが多い。

図１０は、従来のモータ駆動装置の回路構成図であり、図１１は、図１０に示す同装置における一部動作を信号で示したものである。図１２は、図１０に示す同装置において、温度が上昇したときのモータ動作を示したものである。

図１０に示すように、一般的に、ブラシレスＤＣモータ（以下、「モータ」という。）の駆動装置においては、図示しないロータ位置を図示しないホール素子などで検出し、このロータ位置信号を元に通電信号発生器５６０が通電信号Ｕ０、Ｖ０およびＷ０を出力する。

三角波発振器５５０は三角波信号ＣＹ０と、ＣＹ０と同期した矩形波の信号ＣＹ１を出力する。通電信号Ｕ０、Ｖ０およびＷ０と三角波信号ＣＹ０は、通電信号比較器５４０内の比較器５４１、５４３および５４５で比較され、ＰＷＭ信号である通電信号Ｕ１、Ｖ１およびＷ１となる。

通電信号Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１は、例えば、Ｈｉの時に通電器５２０内のスイッチング素子５２１、５２３および５２５をそれぞれオンさせコイル５１１、５１３および５１５に電源電圧Ｖｄｃを印加し、Ｌｏの時にオフさせる信号である。そして、過電流検出器５９１が過電流を検出していない状態、すなわち電流制限が非動作状態では、通電信号Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１は過電流制限器５３０を素通りして通電信号Ｕ２、Ｖ２およびＷ２として通電器５２０に入力され、通電器５２０内のスイッチング素子５２１、５２３および５２５をオン、オフさせ、コイル５１１、５１３および５１５に駆動電流を供給する。

過電流検出器５９１は、電流検出器５９２からの信号ＣＬ０が所定の値を超えると（図１１におけるＡ部。なお、Ａ部において、点線は電流制限が非動作であった時の波形を示す。）過電流検出信号ＣＬ１を検出状態（例えば、Ｌｏ）とする。その後、信号ＣＹ１と同期して非検出状態（例えば、Ｈｉ）とする。

この過電流検出信号が検出状態の時、通電信号Ｕ１、Ｖ１およびＷ１は過電流制限器５３０で強制的にスイッチング素子５２１、５２３および５２５をオフさせる信号に変換され、通電信号Ｕ２、Ｖ２およびＷ２となり、通電器５２０では、通電信号Ｕ２、Ｖ２およびＷ２を受けて、コイル５１１、５１３および５１５への駆動電流の供給を止める。

温度検出器５７０は、例えば図１０に示すような回路で構成されており、基準電圧Ｖｃｃの電圧を、温度により抵抗値の変化する感温素子５７１と抵抗５７２により分圧し、温度信号ＴＨ０を出力する。

過温度検出器５７３は、基準信号ＴＨ１と温度信号ＴＨ０をヒステリシスコンパレータ５７４などで比較し、過温度検出信号ＴＨ２を出力する。

過温度検出信号ＴＨ２は通電信号発生器５６０に入力され、通電信号発生器は、過温度検出状態であれば、通電信号Ｕ０、Ｖ０およびＷ０を、駆動電流の供給を止める信号状態（例えばＬｏ）とする。

このような回路では、電流制限が非動作状態の場合や、電流制限が動作状態であって、電流が抑制されている場合でも温度上昇により過温度検出状態となることがあるが、電流の供給を止めるので、それ以上の温度上昇はなく、温度上昇による回路の破壊などを抑えることができる。また、過熱保護装置としては、モータへの電力供給のオン、オフが所定回数繰り返されるとオフの状態を保つようなものもある。（例えば、特許文献１参照）
特開２００４−８８９０７号公報

しかしながら、一般に行われているこのような過温度制限動作の場合、図１２に示すように、所定の温度で駆動電流の供給がゼロ（すなわちモータ出力ゼロ）となり、その後、温度の低下により再度駆動電流が供給され、また所定の温度でゼロとなることを繰り返す。駆動電流の供給がゼロになると、モータは回転を停止する為、モータを使用する本体側の回路が、モータがロックされていると誤検知することや、エアコンなどの空調機器では、熱交換不足により不具合が発生するなどの影響を与えてしまう場合がある。

本件出願に係わる発明のモータ駆動装置は、上記従来の課題に鑑みなされたものであり、モータの３相又は複数相のコイルに駆動電流を供給する為の複数のスイッチング素子からなる通電器と、前記通電器に流れる電流を検出し、信号を出力する電流検出器と、温度を検出し、信号を出力する温度検出器と、前記温度検出器が出力する信号を入力され、その信号に応じて任意のしきい値を出力する過温度検出器と、前記電流検出器の出力と前記過温度検出器の出力を比較することで前記通電器に流れる電流がしきい値を超えたことを検出し、その際に駆動電流の供給量を調整する電流制限動作を前記通電器に行わせる過電流検出器とを有するモータ駆動装置において、前記温度検出器により検出される温度が上昇すると、前記過電流検出器が電流制限を行わせる前記しきい値が低下するように構成する。

また、本件出願に係わる第１の発明のモータ駆動装置において、温度検出器により検出される温度が上昇すると、温度検出器の出力信号も上昇し、過温度検出器の出力信号は、温度検出器の出力信号が設定値を超えると低下し始めるように第２の発明のモータ駆動装置を構成する。

また、本件出願に係わる第１の発明又は第２の発明のモータ駆動装置において、信号が電圧である第３の発明のモータ駆動装置を構成する。

また、本件出願に係わる第３の発明のモータ駆動装置において、温度検出器が、一端を基準電圧に接続された感温素子の他端が抵抗素子の一端に接続され、前記抵抗素子の他端が接地されており、前記感温素子の他端の電位を出力するように第４の発明のモータ駆動装置を構成する。

また、本件出願に係わる第３の発明のモータ駆動装置において、温度検出器が、感温素子と、感温素子に並列に接続された第一の抵抗素子と、感温素子と第一の抵抗素子に対して直列に接続された第二の抵抗素子とで構成された電気回路の一端が基準電位に接続され、他端は第３の抵抗素子の一端に接続されており、第３の抵抗素子の他端は接地されていて、第３の抵抗素子の一端の電位を出力するように第５の発明のモータ駆動装置を構成する。

本発明のモータ駆動装置によれば、過温度時の駆動装置保護を行いながら、駆動電流供給を続けることができ、モータの回転を止めることがない。

また、温度検出器の出力信号が設定値を超えると過温度検出器の出力が低下し始めるようにすることで、特定の温度から駆動装置の保護を行うことができる。

また、出力信号を電圧値とすることで簡易な構成で駆動装置の保護を行える。

また、温度検出器が、一端を基準電圧に接続された感温素子の他端が抵抗素子の一端に接続され、前記抵抗素子の他端が接地されており、前記感温素子の他端の電位を出力するようにすることで、簡単な温度検出器で駆動装置の保護を行うことができる。

また、温度検出器が、感温素子と、前記感温素子に並列に接続された第一の抵抗素子と、前記感温素子と前記第一の抵抗素子に対して直列に接続された第二の抵抗素子とで構成された電気回路の一端が基準電位に接続され、他端は第三の抵抗素子の一端に接続されており、前記第三の抵抗素子の他端は接地されていて、前記第三の抵抗素子の一端の電位を出力するようにすることで、任意の温度から駆動装置の温度保護ができ、さらに温度変化に対して任意の傾きを持った供給電流の抑制を行って、駆動装置の保護ができる。

以下、本発明の実施例１及び実施例２について、図面を参照しながら説明する。

図１において、図示しないロータ位置を図示しないホール素子などで検出し、このロータ位置信号を元に通電信号発生器６０が通電信号Ｕ０、Ｖ０及びＷ０を出力する。

三角波発振器５０は三角波信号ＣＹ０と、ＣＹ０と同期した矩形波の信号ＣＹ１を出力する。通電信号Ｕ０、Ｖ０及びＷ０と三角波信号ＣＹ０は、通電信号比較器４０内の比較器４１、４３及び４５で比較され、ＰＷＭ信号である通電信号Ｕ１、Ｖ１及びＷ１となる。

通電信号Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１は、例えば、Ｈｉの時に通電器２０内のスイッチング素子２１、２３及び２５をそれぞれオンさせコイル１１、１３及び１５に電源電圧Ｖｄｃを印加し、Ｌｏの時にオフさせる信号である。そして、過電流検出器９１が過電流を検出していない状態、すなわち電流制限が非動作状態では、通電信号Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１は過電流制限器３０を素通りして通電信号Ｕ２、Ｖ２及びＷ２として通電器２０に入力され、通電器２０内のスイッチング素子２１、２３及び２５をオン、オフさせ、コイル１１、１３及び１５に駆動電流を供給する。

温度検出器７０は、基準電圧Ｖｃｃを分圧するように感温素子７１と抵抗素子７２で構成されており、温度検出信号ＴＨを出力する。過温度検出器９４は、温度検出信号ＴＨを入力されて、信号ＣＬ２を出力する。

過電流検出器９１は、電流検出器９２からの信号ＣＬ０が過温度検出器９４からの信号ＣＬ２の値を超えると、過電流検出信号ＣＬ１を検出状態（例えば、Ｌｏ）とする。その後、信号ＣＹ１と同期して非検出状態（例えば、Ｈｉ）とする。

この過電流検出信号が検出状態の時、通電信号Ｕ１、Ｖ１及びＷ１は過電流制限器３０で強制的にスイッチング素子２１、２３及び２５をオフさせる信号に変換され、通電信号Ｕ２、Ｖ２及びＷ２となり、通電器２０では、通電信号Ｕ２、Ｖ２およびＷ２を受けて、コイル１１、１３及び１５への駆動電流の供給を止める。

上記のように構成された実施例の動作について、図２〜図６を参照し説明する。

過温度検出器９４は、例えば図２に示すような特性を持った回路であり、入力されるＴＨが所定の値ＶＴＨ以下であれば、一定の値ＶＣＬをＣＬ２として出力する。そして、ＴＨがＶＴＨを越えた場合、所定の傾き（図２では傾き―ＶＣＬ／（α―ＶＴＨ））を持って出力ＣＬ２を低下させる。この傾きが直線ではなく、曲線を描いていても問題ないことは言うまでも無い。また、図２ではＴＨがαの時にＣＬ２がゼロとなっているが、例えばＣＬ２がＶＣＬ／２などの値で低下が止まるなどの工夫があっても良い。

図６に、ある特性を持った感温素子７１と抵抗値７２を使った場合のＴＨと、図２に示すようなある特性を持った過温度検出器９４の出力ＣＬ２を示す。ある温度まではＣＬ２は所定の出力電圧値を維持しているが、ある温度を超えると低下していく。

図３および図４は、図６に示したような特性を持つ過温度検出器９４を用いた場合の図１に示す駆動装置の各信号のタイムチャートを示したものである。

低温時は図３に示す通りであり、ＣＬ２の電圧値が高い為、Ｕ０の値が非常に高い場合（モータ出力が大きい場合）のみＣＬ０がＣＬ２を超え、電流制限が動作する（図３におけるＡ部。なお、Ａ部において、点線は電流制限が非動作であった時の波形を示す。）。

高温時は図４に示す通りであり、ＣＬ２の電圧値が高温時には図６に示すように低下する為、Ｕ０の値がより低い値でもＣＬ０がＣＬ２を超え、電流制限が動作する（図４におけるＡ部。なお、Ａ部において、点線は電流制限が非動作であった時の波形を示す。）。すなわち、高温となった場合には温度が上がらないように駆動電流が抑制される。

これらのような構成の駆動装置であれば、図５に示すように温度上昇（ＴＨ電圧の上昇）に伴いモータ出力（駆動電流）が抑制され、定められた温度を維持したままモータを駆動することができ、駆動装置の温度保護を行いながら、エアコン等のモータを使用する機器への影響を抑えられる。

なお、各種信号処理は、アナログあるいはディジタル回路によるハードウェア処理により実現することも可能である。

さらに、マイコン、ＤＳＰ等ソフトウエア処理を用いて行っても良く、さらに、ＩＣ化あるいはＬＳＩ化してもよい。

以下、本発明の第２の実施例について、図面を参照しながら説明する。

図７に示す回路は、温度検出器１９４以外の構成及び動作は実施例１と同じであるので、ここでは温度検出器１９４についてのみその構成を説明する。

図７において温度検出器１９４は感温素子１７１と、抵抗素子１７２、１７５及び１７６で構成されている。感温素子１７１と、それに並列に配置された抵抗素子１７５を１つの回路として、それらに直列に配置された抵抗素子１７２と抵抗素子１７６が、基準電圧Ｖｃｃと接地点の間に配置されており、それらの分圧値が温度検出器１９４からＴＨとして出力される。

上記のように構成された実施例の動作について、図８及び図９を参照し説明する。

図８は、実施例１と同特性の過温度検出器１９４と、実施例１と同特性の感温素子１７１を用い、抵抗素子１７５にはある抵抗値を持たせ、抵抗素子１７６は抵抗値ゼロとした場合の温度検出器１７０の出力ＴＨと過温度検出器１９４の出力ＣＬ２を示したものである。実施例１で示した図６でのＣＬ２に対し、低い温度でＣＬ２を低下させ始めることができる。このように駆動装置の温度保護が動作する温度を簡単に変えることができる。

図９は、実施例１と同特性の過温度検出器１９４と、実施例１と同特性の感温素子１７１を用い、抵抗素子１７５と抵抗素子１７６にある抵抗値を持たせた場合の温度検出器１７０の出力ＴＨと過温度検出器１９４の出力ＣＬ２を示したものである。実施例１で示した図６でのＣＬ２に対し、ＣＬ２が低下し始める温度は同じだが、低下の傾きが変化している。このように動作装置の温度保護の反応度合いを簡単に変えることができる。

図８および図９に示したような構成を組み合わせることで、様々な温度保護動作を設定することが可能で、それにより定められた温度を維持したままモータを駆動することができ、駆動装置の温度保護を行いながら、エアコン等のモータを使用する機器への影響を抑えられる。

本発明のモータ駆動装置は、使用温度範囲上限を維持しながら、モータの駆動を継続することを必要とする用途などに有用である。

本発明の実施例１におけるモータ駆動装置の回路構成図本発明の実施例１における過温度検出器の動作を説明する図本発明の実施例１における低温時のモータ駆動装置の動作を説明する図本発明の実施例１における高温時のモータ駆動装置の動作を説明する図本発明の実施例１における温度保護の動作を説明する図本発明の実施例１における温度検出器と過温度検出器の出力を説明する図本発明の実施例２におけるモータ駆動装置の回路構成図本発明の実施例２における温度検出器と過温度検出器の出力を説明する図本発明の実施例２における温度検出器と過温度検出器の出力を説明する図従来技術におけるモータ駆動装置の回路構成図従来技術におけるモータ駆動装置の動作を説明する図従来技術における温度保護の動作を説明する図

符号の説明

１１Ｕ相コイル
１３Ｖ相コイル
１５Ｗ相コイル
２０通電器
３０過電流制限器
４０通電信号比較器
５０三角波発振器
６０通電信号発生器
７０温度検出器
９１過電流検出器
９２電流検出器
９４過温度検出器

Claims

モータの３相又は複数相のコイルに駆動電流を供給する為の複数のスイッチング素子からなる通電器と、前記通電器に流れる電流を検出し、信号を出力する電流検出器と、温度を検出し、信号を出力する温度検出器と、前記温度検出器が出力する信号を入力され、その信号に応じて任意のしきい値を出力する過温度検出器と、前記電流検出器の出力と前記過温度検出器の出力を比較することで前記通電器に流れる電流がしきい値を超えたことを検出し、その際に駆動電流の供給量を調整する電流制限動作を前記通電器に行わせる過電流検出器とを有するモータ駆動装置において、前記温度検出器により検出される温度が上昇すると、前記過電流検出器が電流制限を行わせる前記しきい値が低下することを特徴としたモータ駆動装置。
温度検出器により検出される温度が上昇すると、前記温度検出器の出力信号も上昇し、過温度検出器の出力信号は、前記温度検出器の出力信号が設定値を超えると低下し始めることを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
信号が電圧である請求項１又は請求項２記載のモータ駆動装置。
温度検出器が、一端を基準電圧に接続された感温素子の他端が抵抗素子の一端に接続され、前記抵抗素子の他端が接地されており、前記感温素子の他端の電位を出力する構成となっていることを特徴とする請求項３記載のモータ駆動装置。
温度検出器が、感温素子と、前記感温素子に並列に接続された第一の抵抗素子と、前記感温素子と前記第一の抵抗素子に対して直列に接続された第二の抵抗素子とで構成された電気回路の一端が基準電位に接続され、他端は第三の抵抗素子の一端に接続されており、前記第三の抵抗素子の他端は接地されていて、前記第三の抵抗素子の一端の電位を出力する構成となっていることを特徴とする請求項３記載のモータ駆動装置。