JP2009247133A - モータドライバー装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外乱による影響を抑えたデータを取得することができるモータドライバー装置を提供する。
【解決手段】ＡＤコンバータ８１からモータ電流７１の電流値Ｉを取得し（Ｓ４）、電流値Ｉが電流範囲内にあるか否かを判断する（Ｓ５）。電流値Ｉが電流範囲外の場合、メインルーチンへ戻ることによって、このサンプリングデータを平均電流値Ｉａｖｅを求める際のデータから除外する。一方、電流値Ｉが電流範囲内の場合、データ数記憶領域のデータ数ｎに「１」を加算し（Ｓ６）、データ数ｎが最大数Ｎに達した場合、算出値（Ｉａｖｅ＝（Ｉａｖｅ×（Ｎ−１）＋Ｉ）／Ｎ）を算出し平均電流記憶領域を更新して（Ｓ９）、メインルーチンへ戻る。
【選択図】図２

Description

本発明は、モータを駆動するモータドライバー装置に関する。

最近、ＤＣモータとしては、ブラシレスモータが多く使用されており、該ブラシレスモータを駆動する為にインバータ回路が使用されている。

このインバータ回路において、容量の大きなモータを駆動する場合、通電する電流値が大きくなる。このため、当該インバータ回路の出力段には、パワートランジスタ回路が用いられている。

また、このＤＣモータは、負荷の増大に伴って電流値が大きくなる。特にモータがロック状態になると、出力段のトランジスタが電流規格容量又は定格電力を超えて破壊に至る恐れがある。このため、過電流を検出して、保護対策を行う必要がある。

この過電流の検出方法としては、電流を基準抵抗器によって電圧に変換し、その電圧値を測定することで実現することができる。

図３は、三相のＤＣブラシレスモータ８０１を駆動するモータドライバー装置８０２の一例を示す図である。

このモータドライバー装置８０２は、モータ駆動回路８１１を中心に構成されており、該モータ駆動回路８１１の各ポートには、スイッチング回路８１２，・・・を介してパワートランジスタ回路８１３，・・・に接続されている。

各パワートランジスタ回路８１３，・・・は、電源ラインとＤＣブラシレスモータ８０１の端子との接続を制御するＰチャネルＦＥＴ８１５と、前記ＤＣブラシレスモータ８０１の端子とグランドラインとの接続を制御するＮチャネルＦＥＴ８１６とによって構成されており、前記各ＦＥＴ８１５，８１６が前記モータ駆動回路８１１からの制御信号に従ってＯＮ／ＯＦＦ動作することによって、前記ＤＣブラシレスモータ８０１の各相への通電状態を制御できるように構成されている。

前記各ＮチャネルＦＥＴ８１６のドレインは、基準抵抗器８２１を介してグランドラインに接続されており、当該基準抵抗器８２１を流れる電流値を電圧として検出する為の電流検出回路８２２が形成されている。

この電流検出回路８２２からの出力は、比較回路８３１に入力されており、該比較回路８３１では、前記電流検出回路８２２から入力した電圧がツェナーダイオード８３２で生成された基準電圧を超えた際に、「Ｈ」出力を前記各スイッチング回路８１２，・・・に出力することで、各スイッチング回路８１２，・・・を介して前記各パワートランジスタ回路８１３，・・・に出力される制御信号を遮断できるように構成されている。

これにより、前記ＤＣブラシレスモータ８０１への通電電流が設定値を超えた際には、当該ＤＣブラシレスモータ８０１への通電を遮断できるように構成されている。

しかしながら、このような従来のモータドライバー装置８０２にあっては、ＤＣブラシレスモータ８０１の各相に対応した各パワートランジスタ回路８１３，・・・のＦＥＴ８１５，８１６をスイッチングしてモータコイルを駆動するため、スイッチングノイズが発生し易く、また負荷変動によっても電流値が変動し易い。

このため、前記基準抵抗器８２１で生成した電圧を監視データとして直接に監視する当該モータドライバー装置８０２においては、前述したスイッチングノイズ等の外乱により前記監視データが影響を受けやすく、この影響により測定誤差が発生し得る。すると、正確な判断が行えなくなる恐れがある。

本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたものであり、外乱による影響を抑えたデータを取得することができるモータドライバー装置を提供することを目的とするものである。

前記課題を解決するために本発明のモータドライバー装置にあっては、モータに流れるモータ電流をサンプリングしてサンプリングデータを取得するとともに、このサンプリングデータから制御時に参照する参照データを生成するモータドライバー装置であって、前記参照データを生成する際に前記サンプリングデータが予め定めた電流範囲を超えた場合、当該サンプリングデータを、前記参照データを生成する際に採用するデータから除外するサンプリングデータ除外手段を備えている。

すなわち、モータ駆動時には、そのスイッチングノイズがモータ電流に重畳することがあり、このスイッチングノイズ部分でモータ電流のサンプリングが行われると、そのサンプリングデータは、通常時での電流範囲を超えてしまう。

このとき、制御時に参照する参照データを生成する際には、前記サンプリングデータが予め定めた電流範囲を超えた場合、このサンプリングデータは、前記参照データを生成する際に採用するデータから除外される。

このため、前記参照データは、前記スイッチングノイズを含有するデータが排除されたサンプリングデータに基づいて生成される。

また、請求項２のモータドライバー装置においては、前記参照データの生成に採用する複数のサンプリングデータの平均値を前記参照データとする平均手段を備えている。

すなわち、前記モータ電流は、負荷変動によってモータ電流が変動することがある。

このとき、制御時に参照する前記参照データは、複数のサンプリングデータの平均値によって求められる。これにより、負荷変動に応じたモータ電流の変動は、前記参照データに変換される際に平均化される。

さらに、請求項３のモータドライバー装置では、所定数以上のサンプリングデータの平均値をメモリ領域に記憶した状態において、前記参照データの生成に採用するサンプリングデータを取得した際に、前記所定数から１を減算した減算値を前記平均値に乗算して乗算値を求め、該乗算値に前記サンプリングデータを加算して加算値を求めた後、該加算値を前記所定数で除算した値を前記平均値として前記メモリ領域の記憶内容を更新する演算手段を備えている。

すなわち、所定数以上のサンプリングデータの平均値がメモリ領域に記憶された状態において、前記参照データの生成に採用するサンプリングデータを取得した場合、前記所定数を「Ｎ」、前記平均値を「Ｉａｖｅ」、前記サンプリングデータを「Ｉ」とすると、前記所定数（Ｎ）から１を減算した減算値（Ｎ−１）を、前記平均値（Ｉａｖｅ）に乗算して乗算値（Ｉａｖｅ×（Ｎ−１））を求め、該乗算値（Ｉａｖｅ×（Ｎ−１））に前記サンプリングデータ（Ｉ）を加算して加算値（Ｉａｖｅ×（Ｎ−１）＋Ｉ）を求めた後、該加算値（Ｉａｖｅ×（Ｎ−１）＋Ｉ）を前記所定数（Ｎ）で除算した値（（Ｉａｖｅ×（Ｎ−１）＋Ｉ）／Ｎ）を前記平均値として前記メモリ領域の内容を更新する。

これを繰り返すことによって、メモリの使用量を増加すること無く、前記所定数の前記平均値が求められる。

以上説明したように本発明のモータドライバー装置にあっては、スイッチングノイズ等の外乱による影響を排除したサンプリングデータを用いることによって、この外乱による影響を受けない参照データを得ることができる。

このため、基準抵抗器で生成した電圧を監視データとして直接監視する従来と比較して、外乱に起因した測定誤差による判断ミスを防止しつつ、過電流の監視を行うことができる。

また、請求項２のモータドライバー装置においては、制御時に参照する前記参照データを、複数のサンプリングデータの平均値によって求めるため、負荷変動に応じたモータ電流の変動を、前記参照データに変換する際に平均化して吸収することができる。

このため、負荷変動によってモータ電流が変動した場合であっても、このモータ電流の変動による判断ミスを確実に防止しつつ、過電流の監視を行うことができる。

さらに、請求項３のモータドライバー装置では、前記所定数の前記サンプリングデータの平均値を、メモリ使用量を増大すること無く、求めることができる。

したがって、演算に用いるサンプリングデータを、それぞれメモリに格納する場合と比較して、メモリ消費量を抑えることができ、メモリを節約することができる。

以下、本発明の一実施の形態を図面に従って説明する。

図１は、本実施の形態にかかるモータドライバー装置１を示す図であり、該モータドライバー装置１は、三相のＤＣブラシレスモータ２を駆動する装置である。

このモータドライバー装置１は、中央演算装置１１を備えており、該中央演算装置１１は、モータ駆動回路１２に接続されている。これにより、前記中央演算装置１１は、前記ＤＣブラシレスモータ２を駆動制御する為の制御信号を前記モータ駆動回路１２に出力することによって、該モータ駆動回路１２からの出力で前記ＤＣブラシレスモータ２の駆動を制御できるように構成されている。

前記モータ駆動回路１２の各ポート３１，・・・には、第一パワートランジスタ回路４１と、第二パワートランジスタ回路４２と、第三パワートランジスタ回路４３とが接続されており、前記ＤＣブラシレスモータ２の各相に電力を供給できるように構成されている。

各パワートランジスタ回路４１〜４３は、トーテムポール接続されたＰチャネルＦＥＴ５１とＮチャネルＦＥＴ５２とによって構成されており、両ＦＥＴ５１，５２の各ゲート５３，・・・は、前記モータ駆動回路１２に接続されている。前記ＰチャネルＦＥＴ５１のソース５４は、電源ライン５５に接続されており、当該ＰチャネルＦＥＴ５１のドレイン５６は、前記ＮチャネルＦＥＴ５２のソース５７に接続されているとともに、前記ＤＣブラシレスモータ２の端子５８に接続されている。

そして、前記ＮチャネルＦＥＴ５２のドレイン５９は、基準抵抗器６１を介して、グランドライン６２に接続されている。

これにより、前記中央演算装置１１からの制御信号に従って前記モータ駆動回路１２が各ポート３１，・・・からＨ／Ｌ信号を出力し、対応する各ＦＥＴ５１，・・・、５２，・・・をＯＮ／ＯＦＦ作動することによって、前記ＤＣブラシレスモータ２の各端子５８，・・・を前記電源ライン５５又は前記グランドライン６２に接続できるように構成されており、前記ＤＣブラシレスモータ２の各相への通電状態をスイッチング制御するインバータ回路が構成されている。

前記各パワートランジスタ回路４１〜４３を介して前記ＤＣブラシレスモータ２に供給された電流は、前記基準抵抗器６１を介して前記グランドライン６２に流れるように構成されており、この基準抵抗器６１の両端で発生する電圧を検出するとともに、この電圧値と前記基準抵抗器６１の抵抗値とに基づいて、前記ＤＣブラシレスモータ２を流れる電流値を検出できるように構成されている。

これにより、前記ＤＣブラシレスモータ２を流れるモータ電流７１を検出する電流検出回路７２が前記基準抵抗器６１によって構成されている。

この電流検出回路７２の出力は、ＡＤコンバータ８１に入力されており、該ＡＤコンバータ８１は、前記電流検出回路７２から入力された電圧をデジタル信号に変換しサンプリングデータとして、前記中央演算装置１１へ出力するように構成されている。

これにより、該中央演算装置１１では、前記ＡＤコンバータ８１から入力された前記サンプリングデータに基づいて、前記モータ電流７１を把握できるように構成されている。

前記中央演算装置１１は、マイコンを中心に構成されており、該マイコンは、プログラムやデータが予め記憶されたＲＯＭ９１や、処理過程で生じたデータを記憶するＲＡＭ９２を内蔵している。

この中央演算装置１１は、前記ＲＯＭ９１に記憶されたプログラムに従って動作するように構成されており、前記ＤＣブラシレスモータ２の回転制御や、当該ＤＣブラシレスモータ２に過電流が生じた際の保護制御を行い、前記各パワートランジスタ回路４１〜４３の各ＦＥＴ５１，・・・、５２，・・・を保護するように構成されている。

以上の構成にかかる本実施の形態の動作を、前記中央演算装置１１が実行する図２のフローチャートに従って説明する。

すなわち、前記中央演算装置１１が前記ＲＯＭ９１に記憶されたプログラムに従って動作を開始すると、メインルーチンから所定時間毎に電流値安定化処理が呼び出される。

この電流値安定化処理では、前記ＲＡＭ９２に予め確保しておいた平均電流値Ｉａｖｅを記憶する為のメモリ領域としての平均電流記憶領域の記憶内容から初期状態か否かを判断する（Ｓ１）。

このとき、前記平均電流記憶領域に「０」以外のデータが記憶されていて初期状態で無いと判断できた場合には、ステップＳ４へ分岐する一方、前記平均電流記憶領域に「０」が記憶された初期状態の場合には、当該モータドライバー装置１で駆動するＤＣブラシレスモータ２の容量や、前記各パワートランジスタ回路４１〜４３の各ＦＥＴ５１，・・・、５２，・・・の電流規格容量や定格電力等から、前記各ＦＥＴ５１，・・・、５２，・・・及び前記ＤＣブラシレスモータ２に流せる許容電流値を、前記ＲＡＭ９２に確保された所定領域に電流範囲として設定するとともに（Ｓ２）、前記ＲＡＭ９２に確保されたデータ数記憶領域のデータ数ｎを「０」とする（Ｓ３）。

そして、前記ＡＤコンバータ８１から前記サンプリングデータを入力し、このサンプリングデータが示す前記モータ電流７１の電流値Ｉを演算して取得し（Ｓ４）、この電流値Ｉが前記所定領域に記憶された前記電流範囲内にあるか否かを判断する（Ｓ５）。

このとき、前記電流値Ｉが前記ＤＣブラシレスモータ２に流せる前記許容電流値を超えていて前記電流範囲外の場合には、このサンプリングデータを破棄してメインルーチンへ戻ることによって、当該サンプリングデータを前記平均電流値Ｉａｖｅを求める際の参照データから除外する。

ここで、前記モータ駆動回路１２で前記ＤＣブラシレスモータ２への通電をスイッチングする際に発生したスイッチングノイズが前記モータ電流７１に重畳することがあり、この場合、このスイッチングノイズが重畳した部分では、前記モータ電流７１が通常時の電流範囲を超えてしまう。

このとき、前記サンプリングデータが示す前記電流値Ｉが、前記電流範囲を超えていた場合には、このサンプリングデータに基づく電流値Ｉは破棄され、前記平均電流値Ｉａｖｅを求める際の参照データから除外することができる。

このため、前記平均電流値Ｉａｖｅは、前記スイッチングノイズが含有されたデータを排除したサンプリングデータに基づいて算出することができる。

そして、前記ステップＳ５の判断において、前記電流値Ｉが前記ＤＣブラシレスモータ２に流せる前記許容電流値を超えておらず前記電流範囲内の場合には、前記データ数記憶領域に記憶された前記データ数ｎに「１」を加算して、この加算値（ｎ＋１）を前記データ記憶領域の前記データ数ｎとした後（Ｓ６）、このデータ数ｎを前記ＲＯＭ９１の最大データ数領域に記憶された最大数Ｎと比較して、前記データ数ｎが前記最大数Ｎより小さいか否かを判断する（Ｓ７）。

このとき、サンプリング開始時では、前記データ数ｎが前記最大数Ｎより小さいので、前記平均電流領域に記憶された前記平均電流値Ｉａｖｅに、前記データ数ｎから「１」を減算した減算値（ｎ−１）を乗算し、この乗算値（Ｉａｖｅ×（ｎ−１））にサンプリングした前記電流値Ｉを加えた値（Ｉａｖｅ×（ｎ−１）＋Ｉ）を前記データ数ｎで除算し、この除算値（（Ｉａｖｅ×（ｎ−１）＋Ｉ）／ｎ）を、最新の平均電流値Ｉａｖｅとして前記平均電流領域に記憶することで、当該平均電流記憶領域を更新して（Ｓ８）、メインルーチンへ戻る。

これにより、サンプリングした前記電流値Ｉのデータ数ｎが前記最大数Ｎに満たない場合には、前記データ数ｎが前記最大数Ｎに達するまで前記ステップＳ８の演算を繰り返して前記平均電流領域の値を更新することで、前記平均電流値Ｉａｖｅを求める。

このように、これらを繰り返す間には、前記ＲＡＭ９２に確保された前記平均電流領域を書き換えて前記平均電流値Ｉａｖｅを更新するため、前記ＲＡＭ９２のメモリの使用量を増加すること無く、前記最大数Ｎに達するまで最新の前記平均電流値Ｉａｖｅを求めることができる。

一方、前記ステップＳ７において、サンプリングした前記電流値Ｉのデータ数ｎが前記最大数Ｎに達したと判断した際には、前記平均電流領域に記憶された前記平均電流値Ｉａｖｅに、前記最大値Ｎから「１」を減算した減算値（Ｎ−１）を乗算し、この乗算値（Ｉａｖｅ×（Ｎ−１））にサンプリングした前記電流値Ｉを加えた値（Ｉａｖｅ×（Ｎ−１）＋Ｉ）を前記最大値Ｎで除算し、この除算値（（Ｉａｖｅ×（Ｎ−１）＋Ｉ）／Ｎ）を、最新の平均電流値Ｉａｖｅとして前記平均電流領域に記憶することで、当該平均電流記憶領域を更新して（Ｓ９）、メインルーチンへ戻る。

このように、これらを繰り返す間は、前記ＲＡＭ９２に確保された前記平均電流領域を書き換えて前記平均電流値Ｉａｖｅを更新するため、前記ＲＡＭ９２のメモリの使用量を増加すること無く、常に新しい平均電流値Ｉａｖｅを求めることができる。

そして、メインルーチンでは、前記ＲＡＭ９２に確保された前記平均電流領域の内容、すなわち前記平均電流値Ｉａｖｅに基づいて、前記モータ駆動回路１２への制御信号を制御する。

これにより、例えば前記平均電流値Ｉａｖｅが示すモータ電流７１が予め設定された値を超えた場合には、ＤＣブラシレスモータ２に過負荷が掛かっている、又はＤＣブラシレスモータ２がロックしている等と判断することができるため、前記モータ駆動回路１２への制御信号を制御して前記ＤＣブラシレスモータ２への通電を遮断するなどして制御回路の保護処理を行うことができる。

ここで、前記モータ電流７１は、負荷変動によって変動することがある。

このとき、複数のサンプリングデータが示す電流値Ｉの平均値で構成された前記平均電流値Ｉａｖｅを求めることによって、負荷変動に応じたモータ電流７１の変動を平均化し、電流変動を吸収した前記平均電流値Ｉａｖｅを提供することができる。

このように、スイッチングノイズ等の外乱による影響を排除したサンプリングデータによる前記電流値Ｉを用いることによって、この外乱による影響を受けない前記平均電流値Ｉａｖｅを得ることができる。

このため、基準抵抗器６１で生成した電圧を監視データとして直接監視する従来と比較して、外乱に起因した測定誤差による判断ミスを防止しつつ、過電流の監視を行うことができる。

したがって、過電流による前記各ＦＥＴ５１，・・・、５２，・・・の破壊を、誤判断すること無く、確実に防止することができる。

また、制御時に参照する参照データを、複数のサンプリングデータを平均した前記平均電流値Ｉａｖｅとしたため、負荷変動に応じたモータ電流７１の変動を、前記平均電流値Ｉａｖｅを算出する際に平均化して吸収することができる。

このため、負荷変動によってモータ電流７１が変動した場合であっても、このモータ電流７１の変動による判断ミスを確実に防止しつつ、過電流の監視を行うことができる。

さらに、前記最大数Ｎの前記サンプリングデータの平均値を、メモリ使用量を増大すること無く、一つの前記平均電流領域で求めることができる。

したがって、演算に用いるサンプリングデータのそれぞれを、ＲＡＭ９２に確保された異なるメモリ領域に個別に格納する場合と比較して、メモリ消費量を抑えることができ、メモリを節約することができる。

なお、本実施の形態では、前記ステップＳ８や前記ステップＳ９で示したように、前記平均電流領域に記憶された前記平均電流値Ｉａｖｅを逐次更新する方式を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではない。

例えば、サンプリングしたサンプリングデータを、その都度、ＲＡＭ９２の異なる記憶領域に記憶して行き、その記憶データを加算して、その総数で除算することで、前記平均電流値Ｉａｖｅを求めても良い。

本発明の一実施の形態を示す回路図である。 同実施の形態の動作を示すフローチャートである。 従来のモータドライバー装置を示す回路図である。

符号の説明

１ モータドライバー装置
２ ＤＣブラシレスモータ
１１ 中央演算装置
１２ モータ駆動回路
７１ モータ電流
９２ ＲＡＭ

Claims (3)

1. モータに流れるモータ電流をサンプリングしてサンプリングデータを取得するとともに、このサンプリングデータから制御時に参照する参照データを生成するモータドライバー装置であって、
   前記参照データを生成する際に前記サンプリングデータが予め定めた電流範囲を超えた場合、当該サンプリングデータを、前記参照データを生成する際に採用するデータから除外するサンプリングデータ除外手段を備えたことを特徴とするモータドライバー装置。
2. 前記参照データの生成に採用する複数のサンプリングデータの平均値を前記参照データとする平均手段を備えたことを特徴とする請求項１記載のモータドライバー装置。
3. 所定数以上のサンプリングデータの平均値をメモリ領域に記憶した状態において、
   前記参照データの生成に採用するサンプリングデータを取得した際に、前記所定数から１を減算した減算値を前記平均値に乗算して乗算値を求め、該乗算値に前記サンプリングデータを加算して加算値を求めた後、該加算値を前記所定数で除算した値を前記平均値として前記メモリ領域の記憶内容を更新する演算手段を備えたことを特徴とした請求項２記載のモータドライバー装置。

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