JP2006166678A - 直流モータの回転情報検出装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】モータMの運転モードを定常運転から制動運転へ切り替えるべくモータMの電流量を定常運転時の制御値から制動運転時の制御値に落としめる運転モード切替に際し、定常運転時の制御値と制動運転時の制御値との間にステップ(電流値i2)を設け、ステップごとに変動度合を変えてモータMの電流量を段階的に落としめるようにする。また、同モータMのモータ起動制御に際しても同様にステップ(電流値i1)を設け、ステップごとに変動度合を変えてモータMの電流量を段階的に上昇させるようにする。
【選択図】 図4
Description
図15に示されるように、一般に直流モータMは、モータ駆動電源E11によって給電されながら、例えばスイッチング素子としての4つの電界効果トランジスタ(FET)M11〜M14からなるHブリッジをもって構成される正逆転回路11を通じてその回転運動が制御される。図16(a)〜(d)は、トランジスタM11〜M14に関する駆動信号の一例を示すタイムチャートであり、この図において、駆動信号g11〜g14は、それぞれトランジスタM11〜M14に対しての駆動信号を示している。同図16(a)〜(d)に示すように、定常運転(定速運転)期間においては、トランジスタM11およびM13のゲート電圧を論理ハイレベルに、またトランジスタM12およびM14のゲート電圧を論理ローレベルにしてモータMを正転させる。一方、制動運転期間においては、トランジスタM11のゲート電圧を論理ローレベルに、またトランジスタM14のゲート電圧を論理ハイレベルに、それぞれ変更してモータMの端子間を短絡させる。これにより、逆起電圧による制動(ブレーキ)、いわゆる回生制動がモータMの回転運動に対してかけられることとなる。そうしてモータMの運転モードが定常運転から制動運転へ切り替えられると、同モータMの回転速度は減速し始め、やがてその回転は停止する。図17に、モータMの運転モード切替についてその制御態様の一例を示す。なお、図17(a)は運転モード切替に関する指令信号の波形例を示すタイムチャート、図17(b)はモータMに流れる電流の波形例を示すタイムチャートである。
・前記定常運転時の制御値と前記制動運転時の制御値との間に一乃至複数のステップを設け、ステップごとに変動度合を変えて前記モータの電流量もしくは端子間電圧を段階的に落としめる手段。
あるいは請求項4に記載の発明によるように、
・前記モータの電流量もしくは端子間電圧を、前記定常運転時の制御値と前記制動運転時の制御値との間でリニアに徐変させて緩やかに落としめる手段。
等々の手段を採用することが有効である。
・前記定常運転時の制御値よりも小さな制御値とする一乃至複数のステップを設け、ステップごとに変動度合を変えて前記モータの電流量もしくは端子間電圧を段階的に上昇させる手段。
あるいは請求項15に記載の発明によるように、
・前記モータの電流量もしくは端子間電圧を、前記定常運転時の制御値までリニアに徐変させて緩やかに上昇させる手段。
等々の手段を採用することが有効である。
・前記ステップへの移行に際し、前記モータの回転速度が前記モータの電流量もしくは端子間電圧の変更をもって減速される構成。
あるいは請求項22に記載の発明によるように、
・前記ステップへの移行に際し、前記モータの回転速度が前記モータの回転軸への機械的な負荷の付与をもって減速される構成。
等々の構成が有効である。
図1に、この実施の形態に係る直流モータの回転情報検出装置の概略構成をブロック図として示す。
ここで、上記モータ電圧検出部3aは、モータMの各端子から端子間電圧信号を取り込み、例えば増幅器(図示略)を通じてその信号を増幅する。サージ抽出部3bは、上記モータ電圧検出部3aにより検出された信号(端子間電圧信号)を取り込み、例えばローパスフィルタやハイパスフィルタ(図示略)等を通じてその信号から正逆転回路1の駆動信号成分やリップル成分を除去し、回転信号としてサージ成分のみを抽出する。また、回転パルス生成部3cは、サージ抽出部3bにより抽出されたサージ成分を取り込んで、例えば増幅器(図示略)を通じて増幅するとともに、例えば比較器(図示略)を通じて所定のしきい値のもとにこれを2値化してパルス信号を生成する。さらに、このパルス信号は、図示しないワンショット回路等によって所定の幅のパルスとされた後、上記制御部2に取り込まれる。そして、この制御部2は、例えばカウンタ(図示略)等を通じてそのパルス信号からモータMの回転量や回転速度等の回転情報を検出し、その回転情報に基づいてモータMの回転位置を例えばレジスタ等に記憶される目標停止位置に一致させるべく上記正逆転回路1を通じてモータMの回転量や回転方向等を制御する。
ここでは、制御部2が正逆転回路1のHブリッジを用いてパルス幅変調(PWM)制御を行い、モータMの回転量や回転方向等を制御することを想定して説明する。すなわち、制御部2から駆動信号(パルス幅変調信号)がトランジスタM1〜M4に与えられ、その駆動信号に基づいてトランジスタM1〜M4がそれぞれ駆動される。
(1)モータMの運転モードを定常運転から制動運転へ切り替えるべくモータMの電流量を定常運転時の制御値から制動運転時の制御値に落としめる運転モード切替に際しその電流量に対して徐変制御を施す徐変制御手段を備える構成とした。これにより、同モータMの電流変化が緩和され、突入電流の発生が抑制されるようになる。こうして突入電流の低減が図られることで、回転信号(サージ成分)が突入電流に隠れてしまうようなことはなくなり、より容易に回転信号の抽出を行うことができるようになる。すなわち、回転信号の抽出を精度よく行うことが可能になり、ひいてはモータの回転情報を精度よく検出することができるようになる。なお、この実施の形態において、上記徐変制御手段は、例えばマイクロコンピュータ等により構成される制御部2に内蔵された構成となっている。
・モータMの回転軸に機械的な負荷をかける機構を新たに設け、上記モータMを起動するに際し、同モータMの回転軸に機械的な負荷を付与してその回転を強制的に抑止した状態でモータMに所定電流量の電流を供給しながら上記モータMの回転軸への機械的な負荷を減少させるかたちで上記モータMを起動させるようにしてもよい。こうした構成によっても、回転信号の抽出をより容易として回転情報を精度よく検出することができるようになる。なお、回転軸への機械的な負荷は回転軸に直接的にかけても、また間接的にかけるようにしてもよい。
・さらに、回転信号の抽出対象となるモータ駆動信号波形も、モータの端子間電圧に限られることなく、モータに流れる電流とすることもできる。
・また、モータ起動時と、定常運転から制動運転への運転モード切替時との双方で徐変制御を施す必要もなく、いずれか一方のみで徐変制御を施すようにしても、それに対応した効果は得られるようになる。
・さらに、こうしたステップとして設定される回転速度も基本的に任意である。要は、モータの運転モードを定常運転から制動運転へ切り替えるに際し、定常運転時の回転速度と制動運転時の回転速度との間に適宜のステップを設け、ステップごとに変動度合を変えてモータの回転速度を段階的に落としめる構成でありさえすれば、前記(13)の効果と同様もしくはそれに準じた効果は得られるようになる。この際、モータ起動時や運転モード切替時に上記徐変制御が施されている必要はない。
Claims (32)
- 直流ブラシモータに流れる電流もしくは同モータの端子間電圧によるモータ駆動信号波形に重畳されるリップル成分およびサージ成分の少なくとも一方による回転信号に基づいて前記モータの回転情報を検出する直流モータの回転情報検出装置であって、
前記モータの運転モードを定常運転から制動運転へ切り替えるべく前記モータの電流量もしくは端子間電圧を定常運転時の制御値から制動運転時の制御値に落としめる運転モード切替に際しその電流量もしくは端子間電圧に対して徐変制御を施す徐変制御手段を備える
ことを特徴とする直流モータの回転情報検出装置。 - 前記徐変制御手段は、前記定常運転時の制御値と前記制動運転時の制御値との間に一乃至複数のステップを設け、ステップごとに変動度合を変えて前記モータの電流量もしくは端子間電圧を段階的に落としめるものである
請求項1に記載の直流モータの回転情報検出装置。 - 前記設けられるステップの1つは、前記定常運転から制動運転への運転モード切替に伴う突入電流と前記回転信号とを時間的に分離し得る電流量もしくは端子間電圧として設定される
請求項2に記載の直流モータの回転情報検出装置。 - 前記徐変制御手段は、前記モータの電流量もしくは端子間電圧を、前記定常運転時の制御値と前記制動運転時の制御値との間でリニアに徐変させて緩やかに落としめるものである
請求項1に記載の直流モータの回転情報検出装置。 - 前記徐変制御手段による徐変制御の徐変度合は、前記定常運転から制動運転への運転モード切替に伴う突入電流のレベルが前記回転信号のレベルよりも小さくなるように設定される
請求項1〜4のいずれか一項に記載の直流モータの回転情報検出装置。 - 請求項1〜5のいずれか一項に記載の直流モータの回転情報検出装置において、
少なくとも前記定常運転から制動運転への運転モード切替時に前記モータの電流量もしくは端子間電圧の変更タイミングと前記回転信号とを同期させる同期手段をさらに備える
ことを特徴とする直流モータの回転情報検出装置。 - 請求項1〜6のいずれか一項に記載の直流モータの回転情報検出装置において、
前記モータの制動に伴う惰性回転量を求める補正量取得手段と、該補正量取得手段により求められる惰性回転量に応じて前記モータの回転位置を可変とする回転位置補正手段とをさらに備える
ことを特徴とする直流モータの回転情報検出装置。 - 前記回転位置補正手段は、前記補正量取得手段により求められる惰性回転量の分だけ、前記モータの制動タイミングを早める
請求項7に記載の直流モータの回転情報検出装置。 - 前記徐変制御によるモータ駆動量が、前記モータの以前の動作から学習した学習値に基づき可変設定される
請求項1〜8のいずれか一項に記載の直流モータの回転情報検出装置。 - 請求項1〜8のいずれか一項に記載の直流モータの回転情報検出装置において、
前記モータの目標停止位置ごとにモータ駆動量が関連付けされたマップをさらに備え、前記徐変制御によるモータ駆動量がこのマップに基づき可変設定される
ことを特徴とする直流モータの回転情報検出装置。 - 直流ブラシモータに流れる電流および同モータの端子間電圧の少なくとも一方のモータ駆動信号波形に重畳されるリップル成分およびサージ成分の少なくとも一方による回転信号に基づいて前記モータの回転情報を検出する直流モータの回転情報検出装置であって、
前記モータを起動させるべく前記モータの電流量もしくは端子間電圧を定常運転時の制御値に上昇させるモータ起動制御に際しその電流量もしくは端子間電圧に対して徐変制御を施す徐変制御手段を備える
ことを特徴とする直流モータの回転情報検出装置。 - 前記徐変制御手段は、前記定常運転時の制御値よりも小さな制御値とする一乃至複数のステップを設け、ステップごとに変動度合を変えて前記モータの電流量もしくは端子間電圧を段階的に上昇させるものである
請求項11に記載の直流モータの回転情報検出装置。 - 前記設けられるステップの1つは、前記モータ起動制御に伴う突入電流と前記回転信号とを時間的に分離し得る電流量もしくは端子間電圧として設定される
請求項12に記載の直流モータの回転情報検出装置。 - 前記設けられるステップの1つは、前記モータの回転し始める電流量もしくは端子間電圧として設定される
請求項13に記載の直流モータの回転情報検出装置。 - 前記徐変制御手段は、前記モータの電流量もしくは端子間電圧を、前記定常運転時の制御値までリニアに徐変させて緩やかに上昇させるものである
請求項11に記載の直流モータの回転情報検出装置。 - 前記徐変制御手段による徐変制御の徐変度合は、前記モータ起動制御に伴う突入電流のレベルが前記回転信号のレベルよりも小さくなるように設定される
請求項11〜15のいずれか一項に記載の直流モータの回転情報検出装置。 - 直流ブラシモータに流れる電流および同モータの端子間電圧の少なくとも一方のモータ駆動信号波形に重畳されるリップル成分およびサージ成分の少なくとも一方による回転信号に基づいて前記モータの回転情報を検出する直流モータの回転情報検出装置であって、
前記モータの運転モードを定常運転から制動運転へ切り替えるに際し、前記定常運転時の回転速度と前記制動運転時の回転速度との間に一乃至複数のステップを設け、ステップごとに変動度合を変えて前記モータの回転速度を段階的に落としめる
ことを特徴とする直流モータの回転情報検出装置。 - 前記設けられるステップの1つは、前記定常運転から制動運転への運転モード切替に伴う突入電流と前記回転信号とを時間的に分離し得る回転速度として設定される
請求項17に記載の直流モータの回転情報検出装置。 - 前記ステップへの移行に際し、前記モータの回転速度が前記モータの電流量もしくは端子間電圧の変更をもって減速される
請求項17または18に記載の直流モータの回転情報検出装置。 - 前記モータの電流量もしくは端子間電圧の変更に際し、その変動度合は、前記定常運転から制動運転への運転モード切替に伴う突入電流のレベルが前記回転信号のレベルよりも小さくなる程度に緩やかに設定される
請求項19に記載の直流モータの回転情報検出装置。 - 前記モータの電流量もしくは端子間電圧の変更に際し、前記モータの電流量もしくは端子間電圧の変更タイミングと前記回転信号とを同期させる
請求項19または20に記載の直流モータの回転情報検出装置。 - 前記ステップへの移行に際し、前記モータの回転速度が前記モータの回転軸への機械的な負荷の付与をもって減速される
請求項17または18に記載の直流モータの回転情報検出装置。 - 請求項17〜22のいずれか一項に記載の直流モータの回転情報検出装置において、
前記モータの制動に伴う惰性回転量を求める補正量取得手段と、該補正量取得手段により求められる惰性回転量に応じて前記モータの回転位置を可変とする回転位置補正手段とをさらに備える
ことを特徴とする直流モータの回転情報検出装置。 - 前記回転位置補正手段は、前記補正量取得手段により求められる惰性回転量の分だけ、前記モータの制動タイミングを早める
請求項23に記載の直流モータの回転情報検出装置。 - 前記ステップごとのモータ駆動量が、前記モータの以前の動作から学習した学習値に基づき可変設定される
請求項17〜24のいずれか一項に記載の直流モータの回転情報検出装置。 - 請求項17〜24のいずれか一項に記載の直流モータの回転情報検出装置において、
前記モータの目標停止位置ごとにモータ駆動量が関連付けされたマップをさらに備え、前記ステップごとのモータ駆動量がこのマップに基づき可変設定される
ことを特徴とする直流モータの回転情報検出装置。 - 直流ブラシモータに流れる電流および同モータの端子間電圧の少なくとも一方のモータ駆動信号波形に重畳されるリップル成分およびサージ成分の少なくとも一方による回転信号に基づいて前記モータの回転情報を検出する直流モータの回転情報検出装置であって、
前記モータを起動するに際し、前記モータの回転軸に機械的な負荷を付与してその回転を強制的に抑止した状態で前記モータに電流を供給しながら前記回転軸への機械的な負荷を減少させるかたちで前記モータを起動させる
ことを特徴とする直流モータの回転情報検出装置。 - 前記回転を抑止された状態でモータに供給される電流の電流量および供給時間は、前記モータの起動に伴う突入電流と前記回転信号とが時間的に分離されるように設定される
請求項27に記載の直流モータの回転情報検出装置。 - 前記回転の抑止された状態でモータに供給される電流の電流量および供給時間は、前記モータの起動に伴う突入電流のレベルが前記回転信号のレベルよりも小さくなるように設定される
請求項27に記載の直流モータの回転情報検出装置。 - 前記回転の抑止された状態でモータに供給される電流の電流量は、回転軸への機械的な負荷の無い状態にあっては前記モータが回転し得る電流量として設定される
請求項27〜29のいずれか一項に記載の直流モータの回転情報検出装置。 - 請求項1〜30のいずれか一項に記載の直流モータの回転情報検出装置において、
前記モータの電流もしくは端子間電圧によるモータ駆動信号波形から抽出されるリップル成分もしくはサージ成分を所定のしきい値のもとに2値化してパルス信号を生成する回転パルス生成部をさらに備える
ことを特徴とする直流モータの回転情報検出装置。 - 請求項1〜31のいずれか一項に記載の直流モータの回転情報検出装置において、
前記モータの電流もしくは端子間電圧をパルス幅変調制御にて制御するパルス幅変調制御部をさらに備える
ことを特徴とする直流モータの回転情報検出装置。
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