JP2008141842A

JP2008141842A - モータ制御回路

Info

Publication number: JP2008141842A
Application number: JP2006324577A
Authority: JP
Inventors: Koichi Tanaka; 浩一田中
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2006-11-30
Filing date: 2006-11-30
Publication date: 2008-06-19

Abstract

【課題】経済的に有利なフィードフォワードによる制御方式を採用しながら、より高い精度にてモータの駆動を制御することのできるモータ制御回路を提供する。
【解決手段】電源スイッチ２の投入に伴い商用交流電源１を主電源としてモータ９の駆動を制御するモータ制御回路として、まずは電源スイッチ２の投入直後の無負荷もしくは低負荷状態にある期間内に商用交流電源１の電圧を測定する。そして、この測定電圧と商用交流電源１の定格電圧とから、測定電圧の該定格電圧からの乖離が是正されるような補正値を求め、この求めた補正値に基づいてモータ９の制御条件（制御信号ＣＳのデューティ比）を決定する。その後、この決定した条件にてモータ９の駆動制御を開始する。
【選択図】図１

Description

本発明は商用交流電源を定電圧としてモータの駆動を制御するモータ制御回路に関する。

たとえば、屋内施設等で用いられる各種機器に採用されている圧縮機やポンプの駆動源であるモータの電源としては、商用交流電源が用いられることが多い。この商用交流電源は、その電圧の負荷による変動も近年は小さくなりつつあり、許容量限界近くまで使用しても電圧降下などの懸念は一般的には小さい。しかし、各地域の電力会社設備や送電線長の違い等を原因として、こうした商用交流電源とはいえ、その電圧値には現在もある程度の地域差があり、全国的に見ると９０〜１１０Ｖ程度のばらつきがある。

そこで従来は、こうしたばらつきを補償するため、何らかの出力（結果）をモニタしつつ、その値を目標値に合わせ込むようにモータの駆動をフィードバック制御する方法や、あらかじめ設定した要求値が得られるようにモータの駆動をフィードフォワード制御する方法などが提案されている。

たとえば、特許文献１は酸素濃縮器におけるモータの駆動制御にフィードバック制御を適応した例である。すなわちここでは、製造した酸素富化空気を一時貯蔵する製品タンクを通過する酸素富化空気の流量が適正となるように、圧縮機を駆動するモータの回転数を制御する。具体的には、製品タンクの前後の圧力を圧力センサで測定し、その圧力差から製品タンクを通過する酸素富化空気の流量を流量算出手段で算出し、供給する酸素富化空気の設定流量と測定した製品タンクを通過する酸素富化空気の流量とを流量比較手段で比較する。そして、製品タンクを通過する酸素富化空気の流量が適正となるように、圧縮機を駆動するモータの回転数を制御する。

また、特許文献２はモータの駆動制御にフィードフォワード制御を適用した例である。ここでは、モータ運転中の電源電圧値と定格電圧値との差分値に基づき目標回転数が得られる大きさの指示値を算出し、この算出した指示値によってモータの回転数をフィールドフォワード、すなわちオープンループ制御する。
特開２０００−６０９７３号公報特開平７−１５４９９４号公報

ところで、上記フィードバック制御によるモータの駆動制御は、その時々のモニタ結果に応じてモータの回転数を逐次補正するために正確な制御が可能である一方、モニタに用いるセンサ等が必要であり、自ずと割高となる。たとえば特許文献１の例においては上記圧力センサをはじめ、流量算出手段や流量比較手段等が必要であるとともに、フィードバック制御を実行するためのプログラムも複雑であり、装置はもとよりその開発にかかる費用が無視できない。

一方、特許文献２のフィードフォワード制御によるモータの駆動制御は、上述したモニタ等が不要であることから、経済的には有利な制御方式である。しかし同制御では、モータの通常運転中に電源電圧を測定し、その結果に応じてモータの制御条件を決定するようにしていることから、モータ駆動に起因して、瞬時的な電圧降下等が起きるようなことがあると、上記測定される電源電圧の値自体が信頼性の低いものとなる。また、こうしたモータの運転中は、その運転に伴うノイズや高調波電流の発生が無視できず、平滑コンデンサの電圧波形が乱れやすくもなっている。そのため、商用交流電源の電圧を整流して且つ平滑コンデンサにより平滑化した直流電圧に基づき上記電源電圧の測定を行うような場合であれ、その測定値についての信頼性の低下が避けられない。すなわち、こうした測定値に応じて決定される上記モータの制御条件も、その精度の悪化が避けられない。

本発明は、係る実情に鑑み、経済的に有利なフィードフォワードによる制御方式を採用しながら、より高い精度にてモータの駆動を制御することのできるモータ制御回路を提供することにある。

本発明に係るモータ制御回路は、電源スイッチの投入に伴い商用交流電源を主電源としてモータの駆動を制御するモータ制御回路において、前記電源スイッチの投入直後の無負荷もしくは低負荷状態にある期間内に前記商用交流電源の電圧を測定して該測定電圧と上記商用交流電源の定格電圧とを比較するとともに、この比較結果に基づき上記測定電圧の上記定格電圧からの乖離が是正される態様にて上記モータの制御条件を決定し、該決定した条件にて同モータの駆動制御を開始する。

この構成によると、無負荷もしくは低負荷状態にある期間内に上記商用交流電源の電圧を測定するため、負荷による電圧変動の影響を受けることなく、商用交流電圧を正確に測定することができる。そして、この測定電圧と定格電圧とを比較し、その乖離が是正される態様でモータの制御条件が決定されるため、正確な電圧測定値に基づき適正な制御条件のもとにフィードフォワード方式によるモータの駆動（回転数）制御が実現されるようになる。ここで、低負荷状態とは、上記電源スイッチが投入されてから最長でもモータが通常回転に至るまでの期間であって、負荷による電圧測定への悪影響が生じない状態を言う。

更に本発明では、上記電源スイッチの投入直後の無負荷もしくは低負荷状態にある期間内での上記商用交流電源の電圧測定を複数回実行し、上記商用交流電源の定格電圧と比較する上記測定電圧として、それら複数の測定値を統計処理した値を用いることが好ましい。

測定電圧として、このような複数の測定値を統計処理した値を用いることにより、同測定値としてのばらつきの影響を小さくでき、より正確な電圧値の測定が可能となる。なお、この統計処理としては、単純平均化、あるいは最大値および最小値を除外しての平均化、更には複数の測定値のうちの中間値を採用する等の方法がある。

更に本発明は、上記条件のもと、上記商用交流電源の電圧の測定を、当該商用交流電源の電圧を整流して且つ平滑化した直流電圧に基づいて行う構成とすることが好ましい。

このような条件で整流・平滑化後の直流電圧を測定することにより、簡易な回路で正確な電圧測定が可能となる。

更に、商用交流電源の電圧測定、および上記測定電圧と上記商用交流電源の定格電圧との比較、およびこの比較結果に基づく上記モータの制御条件の決定、およびこの決定した条件での同モータの駆動制御の開始がマイクロコンピュータを通じて行われるとともに、上記測定の対象となる平滑化した直流電圧は、分圧回路を介して所要に分圧された電圧がＡ（アナログ）／Ｄ（デジタル）変換器を通じて量子化された値として同マイクロコンピュータに取り込まれる構成とすることが好ましい。

商用交流電源の電圧測定、および上記測定電圧と上記商用交流電源の定格電圧との比較、およびこの比較結果に基づく上記モータの制御条件の決定、およびこの決定した条件での同モータの駆動制御の開始をマイクロコンピュータを通じて行うようにすることで、これら測定や制御条件の決定等が適宜のプログラムによって容易に、しかも高い汎用性を持って実現可能となる。また、分圧回路により所要に分圧された電圧を測定するようにしたため、汎用のＡ／Ｄ変換器を使用することができるとともに、同測定電圧がこのＡ／Ｄ変換器を通じて量子化された値としてマイクロコンピュータに取り込まれることから、その後の処理はすべてマイクロコンピュータにより行なうことができるようにもなる。

更に、上記マイクロコンピュータは、上記測定電圧に応じて上記商用交流電源の上記定格電圧からの乖離を是正するための補正情報がテーブルとして記憶された記憶手段を備え、上記モータの制御条件の決定が、上記測定電圧をもとにこの記憶手段を通じてテーブル演算された補正情報に基づいて行われる構成とすることができる。

この構成によると、モータの制御条件の決定がテーブル演算された補正情報に基づいて行われるため、モータ制御条件の決定が容易であるとともに、マイクロコンピュータにとっての演算負荷も最小限に抑えられるようになる。

一方、上記マイクロコンピュータは、上記測定電圧の入力に基づいて上記商用交流電源からの乖離を是正するための補正情報を関数演算する演算プログラムを備え、上記モータの制御条件決定が、上記測定電圧をもとにこの演算プログラムを通じて関数演算された補正情報に基づいて行われる構成とすることもできる。

この構成によると、測定電圧に応じて連続的な補正条件がえられるため、テーブル演算に比べて演算負荷は多少増えるものの、よりきめ細かい補正情報に基づいてモータ制御条件を決定することができる。また、上記テーブルが不要となる分、一般には記憶手段（ＲＯＭ）も比較的小容量のもので済むようになる。

更に本発明は、上記平滑化された直流電圧に基づいて同じく直流電圧からなる定電圧を生成する安定化電源回路と、該安定化電源回路から定電圧の出力が開始されることを条件に上記マイクロコンピュータをリセットするリセット回路とをさらに備え、上記マイクロコンピュータは、上記安定化電源回路からの給電に基づき駆動されるとともに、上記リセット回路によりリセットされることを条件に上記電圧測定を開始する構成とした。

上記リセットにより、前回の処理の影響が排除された状態でマイクロコンピュータによる電圧測定が開始されるため、誤動作等が起き難い。また、このリセットは安定化電源回路から定電圧の出力が開始されることを条件に行なわれるため、マイクロコンピュータに印加される電圧が安定した状態で商用交流電源の電圧測定が行なわれることにもなる。

なお、本発明は、上記駆動制御の対象とするモータとして、上記商用交流電源の電圧を整流して且つ平滑化した直流電圧が入力される駆動回路を通じて駆動される直流モータへの適用が可能である。この場合、上記駆動回路は、上記入力される直流電圧を上記決定される制御条件のもとに同直流モータに印加する構成となる。

また、本発明は、上記駆動制御の対象とするモータとして、上記商用交流電源の交流電圧が直接入力される駆動回路を通じて駆動される交流モータへの適用が可能である。この場合、上記駆動回路は、上記入力される交流電圧を上記決定される制御条件のもとに同交流モータに印加する構成となる。

本発明に係るモータ制御回路よれば、負荷の変動による影響を受けることなくモータの駆動（回転数）を制御することができるため、経済的に有利なフィードフォワードによる制御方式を採用しているにもかかわらず、商業交流電源の電圧ばらつきが補償された適正なモータ制御が可能となる。

〔第１の実施の形態〕
以下、本発明に係るモータ制御回路の第１の実施の形態を図１〜図４にしたがって説明する。この第１の実施の形態に係るモータ制御回路は、商用交流電源（ＡＣ１００Ｖ）を主電源とする制御対象のモータが直流モータからなるとするときに、この直流モータの駆動（回転数）をフィードフォワード制御する回路として構成されている。

図１に、同実施の形態に係るモータ制御回路の全体の構成をブロック図として示す。

図１に示されるように、このモータ制御回路では、電源スイッチ２の投入に伴い、商用交流電源１をダイオードブリッジ等からなる整流回路３にて整流し、倍電圧回路４にてこの整流電圧を倍電圧化した後、平滑コンデンサを備える平滑回路５にて所要の直流電圧を得る。

そして、この得られた直流電圧に基づき駆動回路８を介して直流モータ９の駆動を行なうとともに、一方では同直流電圧を分圧回路６を通じて所定の分圧比にて分圧し、この分圧電圧をＡ／Ｄ変換器７を通じて所定の分解能にて量子化した後、マイクロコンピュータ１０を通じてこの量子化した電圧を測定する。マイクロコンピュータ１０は、この測定した電圧と上記商用交流電源１の定格電圧（相当値）との比較のもとに、同測定した電圧のこの定格電圧からの乖離が是正される態様にて上記直流モータ９の制御条件を決定し、この決定した条件にて上記直流モータ９の駆動を制御する制御信号ＣＳを上記駆動回路８に対して印加する部分である。なお、本実施形態において、この制御信号ＣＳは、上記決定された制御条件に応じてデューティ比が設定されたＰＷＭ（パルス幅変調）信号として駆動回路８に与えられるものであり、駆動回路８では、このＰＷＭ信号に基づき上記平滑化された直流電圧のスイッチングを行うことによって、上記直流モータ９の回転数を制御することとなる。また、上記Ａ／Ｄ変換器７やマイクロコンピュータ１０は、上記平滑化された直流電圧に基づいて５Ｖ程度の同じく直流電圧からなる定電圧ＶＣＣを生成する安定化電源回路１２からの給電によって動作するものであり、特にマイクロコンピュータ１０は、この定電圧ＶＣＣの出力が開始されることを条件にリセット信号を生成出力するリセット回路１１からのリセット信号に基づきリセットされて上述の処理を開始する。

以下、上記マイクロコンピュータ１０の基本構成、並びに具体的な処理態様についてさらに詳述する。

マイクロコンピュータ１０は基本的に演算処理を行なうＣＰＵ（中央処理装置）、および表１に示す電圧補正テーブルや演算プログラムを格納したＲＯＭ（読み出し専用メモリ）、および各種演算値等が一時的に格納されるＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）を備えている。そして、表１および図２に例示する上記電圧補正テーブルを用いて図３に示す処理を実行することによって、上記制御信号ＣＳを得る。

すなわち図３に示されるように、マイクロコンピュータ１０は上記リセット回路１１からのリセット信号に基づいてリセットされ、その完了に伴ってプログラムが起動されると（ステップ１０１）、所定の初期化処理の後、上記Ａ／Ｄ変換器７を介して量子化された電圧測定値のサンプリングを開始する（ステップ１０２）。ここでは、こうした電圧測定値が複数個（ｎ個）サンプリングされ、この所定の複数個（ｎ個）のサンプリングが終了したところで（ステップ１０３）それらサンプル値の統計処理としてたとえば同サンプル値の平均化が行なわれる（ステップ１０４）。こうした平均化によって上記サンプル値の平均値が得られると、この得られた平均値を測定電圧として、先の表１および図２に例示した電圧補正テーブルに基づくテーブル演算が実行され、当該測定電圧（平均値）に見合った補正値（補正情報）が同テーブルを通じて得られる（ステップ１０５）。ちなみにこの電圧補正テーブルでは、表１や図２からも明らかなように、およそ「１００Ｖ」を基準として、上記測定電圧が低いほど大きな補正値が、逆に同測定電圧が高いほど小さな補正値が算出されるようになっている。こうして補正値が算出された後は、別途用意された演算テーブル、あるいはプログラム演算等を通じて、この算出された補正値に見合うかたちで上記制御信号ＣＳとするＰＷＭ信号のデューティ比が決定される（ステップ１０６）。そして、こうしてＰＷＭ信号のデューティ比が決定された後は、同デューティ比を制御条件として上記直流モータの駆動すなわち通常運転が開始される（ステップ１０７）。なお、上記駆動回路８は、上記制御信号ＣＳが制御電極に印加されるたとえばパワーＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ、バイポーラトランジスタ等を有して構成される回路であり、上記平滑化された直流電圧を同制御信号のデューティ比の基にスイッチングすることによって直流モータ９の駆動（回転数）を制御（正確には平均電流制御）するようになることは上述の通りである。

図４は、同実施の形態に係るモータ制御回路全体としての動作例をタイムチャートとして示したものであり、次にこの図４を併せ参照して、同モータ制御回路全体の動作について総括する。

いま、時刻ｔ₁において、図４（ａ）に示す態様で電源スイッチ２がオン操作されたとすると、その後、安定化電源回路１２により生成される定電圧ＶＣＣの電圧がなだらかに上昇し、同電圧が所定の定電圧（リセット電圧）となった時点ｔ_２で（図４（ｂ））、リセット回路１１からリセット信号がマイクロコンピュータ１０に発信される（図４（ｃ））。これによってマイクロコンピュータ１０がリセットされる。なお、上記電源スイッチが投入されてからリセット信号が発せられるまでの時間（時刻ｔ₁〜ｔ_２）は、一般的には数１０マイクロ秒から３００ミリ秒程度である。その後、図３に例示したマイクロコンピュータ１０のプログラムが起動し、初期化が完了したｔ₃を持って、上記Ａ／Ｄ変換器７を通じて量子化された値に基づく電圧測定が開始される（図４（ｄ））。なお、この電圧測定が開始されるまでの時間（時刻ｔ_２〜ｔ_３）も数１０マイクロ秒から１００マイクロ秒程度である。マイクロコンピュータ１０は上述のように、この電圧測定を図４（ｄ）に示すように複数回（ｎ回）実行し、それらサンプル値の平均値をとって上記テーブル演算に用いる測定電圧とする。そしてマイクロコンピュータ１０では、先の表１や図２に例示した電圧補正テーブルを用いてこの測定電圧から該当する補正値をテーブル演算し、この算出した補正値に基づいて上記制御条件たる制御信号（ＰＷＭ信号）ＣＳのデューティ比を決定する。こうしてデューティ比の決定された制御信号ＣＳが駆動回路８に送信される（図４（ｅ）または図４（ｆ））。ここで、上述した測定電圧と補正値との関係からも明らかなように、測定電圧が定格電圧（「１００.０Ｖ」）に等しい場合のオンデューティを５０%とすると、測定電圧が定格電圧よりも低かった場合のオンデューティは５０%を超え、そのときの制御信号ＣＳは、たとえば図４（ｅ）に例示する態様のＰＷＭ信号となる。また、測定電圧が定格電圧よりも高かった場合のオンデューティは５０%未満となり、そのときの制御信号ＣＳは、たとえば図４（ｆ）に例示する態様のＰＷＭ信号となる。そして、こうした制御信号ＣＳが発せられた時刻ｔ_４以降、同制御信号ＣＳに基づく上述の態様での駆動回路８を通じた直流モータ９の駆動がフィードフォワード制御として実行される（図４（ｇ））。ちなみに、上記電圧測定の開始から実際に直流モータ９の駆動が開始されるまでの時間（時刻ｔ_３〜ｔ_４）はおよそ１秒程度である。したがって、電源スイッチ２が投入されてから直流モータ９が駆動されるまでの時間（時刻ｔ₁〜ｔ_４）も、通常の場合、最大でも２秒程度であり、こうしたモータ制御を導入することによる駆動の遅れが問題となることはない。

なお、このようなモータ制御回路は、たとえば医療用の酸素濃縮器にあってその圧縮機に用いられるモータの駆動を制御する回路として特に有効であり、図５に、同モータ制御回路をこの酸素濃縮器に適用した場合の構成を参考までに示す。

この酸素濃縮器は、基本的には以下のように動作する。まず、空気取入口より除塵フィルタと除湿器を通して外気を取り込む。そして、この取込んだ空気を圧縮機により一定圧力に加圧して酸素濃縮部に送り、空気中の窒素を吸着材により吸着して、相対的に酸素濃度の上昇した酸素富化空気を製品タンクに蓄える。その後、酸素富化空気を供給するときには、圧力調整器を通して所定の圧力に調整し、流量調整器を通してその流量を設定したうえで供給先（医療現場）に放出する。

ちなみに従来、このような酸素濃縮器の圧縮機に用いられるモータは、フィ−ドバック制御によりその駆動（回転数）が制御されるのが通例であった。たとえば、製品タンクの入口側と出口側にその差圧を検出する圧力センサを取り付け、こうして検出される差圧から適宜の流量算出手段により製品タンクを通過する酸素富化空気の流量を算出する。ついで、供給する酸素富化空気の設定流量と製品タンクを通過する酸素富化空気の流量とをこれも適宜の流量比較手段により比較し、その流量差に相当する値を圧縮機制御部に送り、この圧縮機制御部に設けられた回転数制御手段により圧縮機（モータ）の回転数を制御して酸素濃縮部に送る空気の流量を調整する。

しかし、図５に示す例においては、除塵フィルタと除湿器とを通して取り込んだ外気を圧縮する圧縮機の直流モータ９を同実施の形態に係るモータ制御回路を通じてフィードフォワード制御するようにしている。そのため、上述したフィードバック制御において必要であった製品タンクの前後の圧力を検出する圧力センサ、およびその検出される圧力差から流量を算出する流量算出手段、および供給する酸素富化空気の設定流量と製品タンクを通過する酸素富化空気の流量とを比較する流量比較手段等が不要となるため、大幅なコストダウンが期待できるようになる。また、設定流量と算出された流量との乖離に応じてモータ９の駆動を制御するためのプログラム開発も不要となるため、こうしたプログラムの開発コストを併せて削減することができるようになる。しかも、上記商用交流電源１の電圧値に前述した地域差等に起因するばらつきが生じるような場合であれ、上述の補正値に基づく制御条件（デューティ比）の決定を通じて、こうした電圧ばらつきが好適に保障されるようにもなる。

以上説明したように、この実施の形態に係るモータ制御回路によれば、以下に列記するような多くの優れた効果が得られるようになる。

（１）この実施の形態では、直流モータ９の駆動による影響が生じない無負荷状態にある期間内に上記商用交流電源１の電圧を測定するようにしているため、同商用交流電源１の電圧をより正確に測定することが可能となる。そして、この測定した電圧と定格電圧とを比較し、その乖離が是正される態様で直流モータ９の駆動を制御するようにしているため、フィードフォワード制御とはいえ、その制御精度も高く維持される。すなわち、商用交流電源１の電圧値に地域差等に起因するばらつきが生じているような場合であれ、ぱらつきが好適に保障される。

（２）電圧測定を複数回（ｎ回）実行し、その平均値を測定電圧とするため、測定値にばらつきがあったとしても、その影響を小さくでき、これによってもより正確な測定電圧の採取が可能となる。

（３）上記商用交流電源１の電圧の測定を、当該商用交流電源１の電圧を整流して且つ平滑化した直流電圧に基づいて行う構成とした。係る直流電圧は分圧回路６により容易に所望の電圧に分圧可能であり、測定すべき電圧をＡ／Ｄ変換器７を通じて量子化してマイクロコンピュータ１０に取り込むにしろ、同Ａ／Ｄ変換器７として汎用のものを利用することができる。

（４）商用交流電源１の電圧測定、および測定電圧と商用交流電源１の定格電圧との比較、およびこの比較結果に基づく直流モータ９の制御条件の決定、およびこの決定した条件での同モータ９の駆動制御の開始がマイクロコンピュータ１０を通じて行われる構成とした。係る構成により、電圧測定からモータ制御条件の決定に至る各処理をプログラムにより容易に、しかも高い自由度を持って実現することができる。

（５）マイクロコンピュータ１０内のＲＯＭには測定電圧に応じてこれを定格電圧相当に保障するための補正値（補正情報）を予めテーブルとして記憶することとした。すなわち、商用交流電源１の定格電圧と測定電圧との偏差に応じて商用交流電源１の上記定格電圧からの乖離を是正するための補正値がこの記憶装置を通じてテーブル演算される構成とした。これにより、補正値の演算がより容易となり、ＣＰＵ負荷も最小限に抑えることが可能となる。また、同補正値に基づきデューティ比が決定されるＰＷＭ信号を制御信号ＣＳとして駆動回路８に印加するようにしたことで、直流モータ９の駆動制御自体が容易であるとともに、駆動回路８としての構成も簡素化される。

（６）上記平滑化された直流電圧に基づいて同じく直流電圧からなる定電圧ＶＣＣを生成する安定化電源回路１２を備え、マイクロコンピュータ１０は上記安定化電源回路１２からの給電に基づき駆動されることとした。これにより、商用交流電源１の電圧値にかかわらずマイクロコンピュータ１０の安定駆動が可能となる。また、この安定化電源回路１２から定電圧の出力が開始されることを条件にリセット回路１１を通じてマイクロコンピュータ１０をリセットし、マイクロコンピュータ１０ではこうしてリセットされることを条件に上記電圧測定をはじめとする各種処理の実行を開始することとした。そして、リセットをトリガとするこうした処理が電源スイッチ２の投入の都度実行されるため、マイクロコンピュータ１０を通じた上述の処理の信頼性も高く維持される。

なお、この第１の実施の形態は、例えば以下の変形例のごとく、これを適宜変更して実施することもできる。

（第１変形例）
補正値をテーブル演算により算出するのではなく、商用交流電源１からの乖離を是正するための補正情報を測定電圧の入力に基づいて関数演算する演算プログラムをマイクロコンピュータ１０に格納しておき、測定電圧をもとにこの演算プログラムを通じて関数演算された補正情報に基づいてモータの制御条件（制御信号ＣＳのデューティ比）の決定が行われる構成とすることもできる。

係る構成によれば、補正値は連続した値となるため、よりきめ細かい直流モータ制御が可能となる。
関数式の例としては次のものがある。ここでf（V）は補正値を示す関数、V₀は定格電圧、Vは測定電圧である。

図６は係る関数演算により補正値を算出する場合の測定電圧と補正値の関係を示すグラフである。同図６より明らかなように、この場合、補正値は連続的な値として算出されるため、先のテーブル演算に比べよりきめ細かい直流モータ制御が可能となる。もっとも、補正値を連続的な値として得るためには、テーブル演算した値を更に補正演算するようにしても良い。

（第２変形例）
電圧測定を複数回実行し、その単純平均値ではなく、他の統計処理にて処理した値を測定電圧とすることもできる。たとえば複数の測定値のうちの中間値を採用する方法、あるいは最大値と最小値を削除した残りの測定値を平均化する方法なども適宜採用可能である。また、最大値と最小値を順次複数回にわたって削除した残りの測定値を平均化してもよい。これらの方法によると、電圧測定時に突発的な電圧変動に起因して極端に異なる測定値が混入したような場合でも、その影響が測定電圧に及ぶことを効果的に排除することができるようになる。

（第３変形例）
マイクロコンピュータの前回までの測定電圧値を記録する不揮発性の記憶媒体を更に備え、測定電圧と前回までの測定電圧との偏差が規定値以上であった場合、電圧測定を再度繰り返す構成なども採用することができる。

すなわち、同一地域で続けて使用している場合、測定電圧が前回の測定電圧と極端に異なることは不自然であり、測定誤りの可能性が高い。この点、このような構成によると、係る場合であっても再測定により、より妥当な測定電圧を得ることができ、モータの誤った制御を抑制することができる。なお、前回までの測定電圧値を記録する不揮発性の記憶媒体としてはハードディスクなどの他、ＥＥＰＲＯＭ（電気的消去可能なプログラマブルＲＯＭ）、あるいはフラッシュメモリ等を採用することができる。

（第４変形例）
上記実施の形態では、モータが無負荷状態にある期間を利用して電源電圧の測定を行なうようにしたが、無負荷状態に限らず、低負荷状態、すなわち電源スイッチ２が投入されて最長でもモータ９が通常回転に至るまでの期間を利用して上記電源電圧の測定を行なうようにしても良い。

（第５変形例）
上記制御信号ＣＳとして、上記実施の形態ではＰＷＭ信号を採用したが、他にたとえばモータに印加する（直流）電圧値そのものを可変させて出力制御する印加電圧可変方式なども適宜採用可能である。

（第６変形例）
上記実施の形態では、定格電圧より高い規定電圧で使用する直流モータに対応するため、電源電圧（整流電圧）を整数倍に昇圧する倍電圧回路４を採用したが、制御対象とする直流モータの規定電圧によっては割愛しても良く、必要であれば交流段階でトランスを採用し、昇圧しても良い。また、商用交流電源１としてＡＣ２００Ｖの電源を用いる場合にもこの倍電圧回路４は割愛可能である。

〔第２の実施の形態〕
次に、本発明に係るモータ制御回路の第２の実施の形態を図７にしたがって説明する。なお、第２の実施の形態は、先の第１の実施の形態において制御の対象とした直流モータを交流モータに変更し、それに伴い必要な回路を変更した構成であるため、図７において先の図１に示した要素と同一の要素にはそれぞれ同一の符号を付して、その重複する説明を割愛する。

この第２の実施の形態に係るモータ制御回路は、商用交流電源１（ＡＣ１００もしくはＡＣ２００Ｖ）を主電源とする制御対象のモータが交流モータからなるとするときに、この交流モータの駆動（回転数）をフィードフォワード制御する回路として構成されている。

図７に示されるように、このモータ制御回路では、電源スイッチ２の投入に伴い商用交流電源１の交流電圧を駆動回路１３を介して交流モータ１４に印加するにあたり、ここでもやはりマイクロコンピュータ１０から駆動回路１３に対して制御信号ＣＳを与えることによってこの駆動回路１３による交流モータ１４への電圧印加態様を制御する。そして本実施の形態において、同モータ１４の駆動制御は、正弦波からなる交流電圧を断続的に供給する方式で、その位相角（オン／オフ時間）を制御信号ＣＳに基づき操作することにより、上記モータ１４の駆動態様（回転数）を制御する。

ここに、上記マイクロコンピュータ１０では、前述の如く測定した電源の電圧と商用交流電源１の定格電圧とを比較するとともに、この比較結果に基づき上記測定した電圧の上記定格電圧からの乖離が是正される態様にて上記モータ１４の制御条件を決定し、該決定した条件にて同モータ１４駆動制御を開始する。なお、上記電圧測定が、商用交流電源１の電源電圧を整流回路３で整流した後これを平滑回路５で平滑化し、分圧回路６を介して分圧された電圧をＡ／Ｄ変換器７を通じて量子化された値としてマイクロコンピュータに取り込むことにより行われることは先の実施の形態と基本的に同様である。また、このＡ／Ｄ変換器７やマイクロコンピュータ１０への電源の供給も上記平滑化された直流電圧に基づいて５Ｖ程度の同じく直流電圧からなる定電圧ＶＣＣを生成する安定化電源回路１２によってなされる。そして、マイクロコンピュータ１０はここでもリセット回路１１を通じてリセットをされることを条件に上記電圧測定を開始し、先の表１や図２に例示した電圧補正テーブルに基づいて測定電圧に見合った補正値（補正情報）を求める。但しここでは、先のデューティ比に変わる制御条件として、上記位相角に応じたオン／オフ時間をこの求めた補正値から決定し、この決定したオン／オフ時間情報を上記制御信号ＣＳとして駆動回路１３に対し出力することとなる。なお本実施の形態において、この駆動回路１３は、制御信号ＣＳが制御電極に印加されるサイリスタや、双方向サイリスタであるトライアック等の電力制御素子を備える構成となっている。

これにより、以上説明したこの第２の実施の形態に係るモータ制御回路によっても、制御対象こそ交流モータ１４に変わるものの、基本的には先の第１の実施の形態による上記（１）〜（６）の効果と同等、もしくはそれに準じた効果を得ることができるようになる。

また、この第２の実施の形態にあっても、先の第１の実施の形態に関する前記第１〜第４変形例は同様に適用可能であり、更には前記第５変形例に準じた変形例すなわちモータ１４に印加する（交流）電圧値そのものを可変させて出力制御する印加電圧可変方式や、他にたとえば印加する交流電圧の周波数を可変させて出力制御する周波数変調方式等の採用も可能である。

その他、先の第１の実施の形態、並びに上記第２の実施の形態に共通に変更可能な構成として、マイクロコンピュータ１０に代えてＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）等を用いる構成なども適宜採用可能である。すなわち、上述したモータ制御を行なうに、その汎用性等が特に望まれない場合には、先の図３に例示したような処理に特化してカスタム化されたＬＳＩ（大規模集積回路）であるＤＳＰを通じて上記マイクロコンピュータ１０に代わる処理を行う構成としても良い。このようなハードウエアを通じて上記モータ制御を行なうことにより、同制御に係る処理速度の大幅な向上が期待できるようになる。

また、上記各実施の形態ではいずれも、モータの制御条件を決定するにあたり、測定電圧から定格電圧との乖離を求めるための補正値を一旦算出するようにしたが、要は、それら測定電圧と定格電圧との比較に基づき、その差が是正される態様でモータ制御条件が決定されるものであれば良い。すなわち、上記測定電圧と商用交流電源の定格電圧とを比較するとともに、この比較結果に基づき、測定電圧の上記定格電圧からの乖離が是正される態様にてモータの制御条件を決定し、この決定した条件にて同モータの駆動制御を開始する構成であれば良い。

本発明のモータ制御回路は、商用交流電源を主電源とするモータの駆動（回転数）を制御する必要があるあらゆる電気機器に適用しうるため、産業上広く利用することができる。また、モータ制御に関する制御精度が求められるがためにこれまではフィードフォワード制御が適さないとされた医療分野の機器、例えば酸素濃縮器などにもその圧縮機（モータ）の駆動を高精度に制御し得る回路として本発明は好適に適用できる。

本発明に係るモータ制御回路についてその第１の実施の形態を示すブロック図。同実施の形態で用いる電圧補正テーブルについて測定電圧と補正値との関係を示すグラフ。同実施の形態のモータ制御回路に採用されるマイクロコンピュータの処理手順例を示すフローチャート。同実施の形態のモータ制御回路の動作例を示すタイムチャート。同実施の形態のモータ制御回路を酸素濃縮器の圧縮機（モータ）制御に適用した例を示すブロック図。同実施の形態の変形例で用いる電圧補正関数について測定電圧と補正値との関係を示すグラフ。本発明に係るモータ制御回路についてその第２の実施の形態を示すブロック図。

符号の説明

１…商用交流電源、２…電源スイッチ、３…整流回路、４…倍電圧回路、６…分圧回路、７…Ａ／Ｄ変換器、８…駆動回路、９…直流モータ、１０…マイクロコンピュータ、１１…リセット回路、１２…安定化電源回路、１３…駆動回路、１４…交流モータ、ＣＳ…制御信号。

Claims

電源スイッチの投入に伴い商用交流電源を主電源としてモータの駆動を制御するモータ制御回路において、
前記電源スイッチの投入直後の無負荷もしくは低負荷状態にある期間内に前記商用交流電源の電圧を測定して該測定電圧と前記商用交流電源の定格電圧とを比較するとともに、この比較結果に基づき前記測定電圧の前記定格電圧からの乖離が是正される態様にて前記モータの制御条件を決定し、該決定した条件にて同モータの駆動制御を開始する
ことを特徴とするモータ制御回路。
前記電源スイッチの投入直後の無負荷もしくは低負荷状態にある期間内での前記商用交流電源の電圧測定を複数回実行し、前記商用交流電源の定格電圧と比較する前記測定電圧として、それら複数の測定値を統計処理した値を用いる
請求項１に記載のモータ制御回路。
前記商用交流電源の電圧の測定を、当該商用交流電源の電圧を整流して且つ平滑化した直流電圧に基づいて行う
請求項１または２に記載のモータ制御回路。
前記商用交流電源の電圧測定、および前記測定電圧と前記商用交流電源の定格電圧との比較、およびこの比較結果に基づく前記モータの制御条件の決定、およびこの決定した条件での同モータの駆動制御の開始がマイクロコンピュータを通じて行われるものであり、前記測定の対象となる平滑化した直流電圧は、分圧回路を介して所要に分圧された電圧がＡ／Ｄ変換器を通じて量子化された値として同マイクロコンピュータに取り込まれる
請求項３に記載のモータ制御回路。
前記マイクロコンピュータは、前記測定電圧に応じて前記商用交流電源の前記定格電圧からの乖離を是正するための補正情報がテーブルとして記憶された記憶手段を備え、前記モータの制御条件の決定が、前記測定電圧をもとにこの記憶手段を通じてテーブル演算された補正情報に基づいて行われる
請求項４に記載のモータ制御回路。
前記マイクロコンピュータは、前記測定電圧の入力に基づいて前記商用交流電源からの乖離を是正するための補正情報を関数演算する演算プログラムを備え、前記モータの制御条件の決定が、前記測定電圧をもとにこの演算プログラムを通じて関数演算された補正情報に基づいて行われる
請求項４に記載のモータ制御回路。
前記平滑化された直流電圧に基づいて同じく直流電圧からなる定電圧を生成する安定化電源回路と、該安定化電源回路から定電圧の出力が開始されることを条件に前記マイクロコンピュータをリセットするリセット回路とをさらに備え、前記マイクロコンピュータは、前記安定化電源回路からの給電に基づき駆動されるとともに、前記リセット回路によりリセットされることを条件に前記電圧測定を開始する
請求項４〜６のいずれか一項に記載のモータ制御回路。
前記駆動制御の対象となるモータは前記商用交流電源の電圧を整流して且つ平滑化した直流電圧が入力される駆動回路を通じて駆動される直流モータからなり、前記駆動回路は前記入力される直流電圧を前記決定される制御条件のもとに同直流モータに印加する
請求項１〜７のいずれか一項に記載のモータ制御回路。
前記駆動制御の対象となるモータは前記商用交流電源の交流電圧が直接入力される駆動回路を通じて駆動される交流モータからなり、前記駆動回路は前記入力される交流電圧を前記決定される制御条件のもとに同交流モータに印加する
請求項１〜７のいずれか一項に記載のモータ制御回路。