JP2010148320A - モータの制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ロータの低速化の際に作動する駆動電流緊急遮断回路を付帯し、極低速の定常回転を実現できるモータ制御装置の提供。
【手段】モータの制御装置は、回転指令信号Ｓが１Ｖ以下にあるときはステータコイルＸ，Ｙ，Ｚに流す駆動電流ＩＸ，ＩＹ，ＩＺを零に設定すると共に信号Ｓが１〜５Ｖの速度制御範囲にあるときは当該電圧の増減に応じて駆動電流ＩＸ，ＩＹ，ＩＺを増減する回転駆動回路３３、信号Ｓが速度制御範囲にあるときは定電流ＩＣを計時用コンデンサＣに充電する充電回路３７、計時用コンデンサＣの充電電圧ＶＣが基準電圧Ｖｆ２閾に達するときは回転駆動回路３３に作用して駆動電流ＩＸ，ＩＹ，ＩＺを遮断させる駆動電流緊急遮断回路３７、ロータ１６の回転周期毎に発生する回転検出信号Ｄに基づき計時用コンデンサＣを放電する第１の放電回路４０、及び信号Ｓが１〜２Ｖの間は計時用コンデンサＣを放電する第２の放電回路４０を有する。
【選択図】 図１
【手段】モータの制御装置は、回転指令信号Ｓが１Ｖ以下にあるときはステータコイルＸ，Ｙ，Ｚに流す駆動電流ＩＸ，ＩＹ，ＩＺを零に設定すると共に信号Ｓが１〜５Ｖの速度制御範囲にあるときは当該電圧の増減に応じて駆動電流ＩＸ，ＩＹ，ＩＺを増減する回転駆動回路３３、信号Ｓが速度制御範囲にあるときは定電流ＩＣを計時用コンデンサＣに充電する充電回路３７、計時用コンデンサＣの充電電圧ＶＣが基準電圧Ｖｆ２閾に達するときは回転駆動回路３３に作用して駆動電流ＩＸ，ＩＹ，ＩＺを遮断させる駆動電流緊急遮断回路３７、ロータ１６の回転周期毎に発生する回転検出信号Ｄに基づき計時用コンデンサＣを放電する第１の放電回路４０、及び信号Ｓが１〜２Ｖの間は計時用コンデンサＣを放電する第２の放電回路４０を有する。
【選択図】 図１
Description
本発明は、燃料電池システムなどの排熱回収ポンプ用モータに適用可能なモータの制御装置に関する。
一般に、燃料電池発電システムは、燃料である水素と酸化剤である酸素とを電気化学的に反応させて直接電気を高い効率で取り出すことができ、しかも、低騒音で有害ガスを出さないことから、環境性に優れた発電システムである。特に最近では、電解質に固体高分子形電解質膜を用いた小型の家庭用として開発されている。この固体高分子形燃料電池システムにおいては、電力未使用時の夜間などのスタンバイ時では電力使用時に備えて最適な温度条件を持続させるため、燃料電池本体を微小発電で運転し続け、燃料電池本体に対して循環する冷却水の温度を例えば７０〜７５°Ｃに保つことが要求されている。
スタンバイ発電時の冷却水温度を恒温化するためには、例えば、冷却水から熱交換器を介して得た排熱を貯湯槽に回収するための排熱回収ポンプ用モータを温度センサーの検出温度に応じてオン・オフ制御する方法が考えられるものの、温度検出から排熱回収までのタイムラグが伴うため、ハンチング現象の発生を招き、また断続音の発生により不快感を与える。
他方、排熱回収ポンプ用モータの別の制御方法として、スタンバイ時でもモータを極低速で回転駆動し続け、モータのオン・オフ制御を行わないことが考えられる。しかしながら、電力使用時などにおいて回転指令信号に基づく速度制御期間中、ロータに過負荷印加などの事故が生じてロータが低速化した際、モータ駆動用ＩＣに内蔵された駆動電流緊急遮断回路が作動してロータが緊急停止するよう、モータのステータコイルに流れる駆動電流を遮断制御する安全対策が講じられているため、回転指令信号に基づき極低速に設定した場合、駆動電流緊急遮断回路が誤作動してしまい、それ故、排熱回収ポンプ用モータの極低速の定常回転を実現することができない。
上記問題点に鑑み、本発明の課題は、ロータが低速化した際にモータ駆動電流遮断回路が作動しロータの緊急停止を実現できると共に、回転指令信号に基づき極低速の定常回転も実現できるモータの制御装置を提供することにある。
上記課題を解決するため、本発明に係るモータの制御装置は、回転指令信号の電圧が第１の電圧値以下にあるときはステータコイルに流す駆動電流を零に設定すると共に、上記電圧が第１の電圧値からこれを超える第２の電圧値までの速度制御範囲にあるときは当該電圧の増減に応じて駆動電流を増減する回転駆動回路と、上記電圧が前記速度制御範囲にあるときは定電流を計時用コンデンサに充電する充電回路と、計時用コンデンサの充電電圧が閾値に達するときは回転駆動回路に作用して駆動電流を遮断させる駆動電流緊急遮断回路と、ステータコイルで回転駆動されるロータの回転周期毎に発生する検出信号に基づき計時用コンデンサを放電する第１の放電回路を備えたモータの制御装置において、上記電圧が第１の電圧値から速度制御範囲で当該第１の電圧値寄りの第３の電圧値までの間は計時用コンデンサを放電する第２の放電回路を有することを特徴とする。
本発明では、ロータの回転結果情報に基づいて作動する第１の放電回路を備えているため、回転指令信号の電圧が第１の電圧値からこの近傍の第３の電圧値の間は、速度制御範囲のうち極低速域となり、通常は検出信号の長周期化により駆動電流遮断回路が作動するところであるが、回転指令信号に基づいて作動する第２の放電回路を備えているため、この第２の放電回路により計時用コンデンサＣが放電されているので、駆動電流緊急遮断回路を無能化でき、極低速を持続できる。
このようなモータは燃料電池システムなどの排熱回収ポンプ用モータに用いることが望ましい。
本発明は、ロータの低速化の際に作動する駆動電流緊急遮断回路を付帯しながら、回転指令信号に基づき極低速の定常回転を実現できる。
次に、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。図１は本発明に係るモータの制御装置の一実施例を示す回路図である。
本例のブラシレスモータ１０は固体高分子形燃料電池システムにおける排熱回収ポンプ用モータであり、シャフト１２に挿通したロータマグネット１４を持つロータ１６と、このロータを回転駆動するスター結線のステータコイルＸ，Ｙ，Ｚとから成る。
モータ制御装置２０はモータ駆動用ＩＣ３０を有し、このモータ駆動用ＩＣ３０は、回転駆動回路３３、充電回路３４、駆動電流緊急遮断回路３７及び第１の放電回路４０を備えている。回転駆動回路３３は、回転指令信号Ｓの電圧と鋸波入力Ｆとを比較してパルス幅変調信号Ｍを生成するＰＷＭ回路３１と、パルス幅変調信号Ｍに基づきステータコイルＸ，Ｙ，Ｚに駆動電流ＩＸ，ＩＹ，ＩＺを流す駆動回路３２とを有する。
ここで、回転指令信号Ｓの電圧が本例では０〜１Ｖのときは鋸波入力Ｆをスライスしないため、パルス幅変調信号Ｍは零出力であり、駆動電流ＩＸ，ＩＹ，ＩＺは発生せず、ロータ１６は回転しない。回転指令信号Ｓの電圧が第１の電圧値（例えば１Ｖ）〜第２の電圧値（例えば５Ｖ）の速度制御範囲では鋸波入力Ｆをスライスするため、その電圧が増大するほどパルス幅変調信号Ｍのパルス幅が長くなり、駆動電流ＩＸ，ＩＹ，ＩＺが増大し、ロータ１６は高速化する。なお、回転指令信号Ｓの電圧が５Ｖ以上のときはパルス幅変調信号Ｍが全幅導通となり、駆動電流ＩＸ，ＩＹ，ＩＺが極大となる。
充電回路３４は、回転指令信号Ｓの電圧を基準電圧Ｖｆ１（１Ｖ）と比較して回転指令信号Ｓの電圧が基準電圧Ｖｆ１以上のときは充電指令信号Ｔを出力する比較器３５と、この充電指令信号Ｔにより定電流ＩＣを計時用コンデンサＣに充電する定電流源３６を有する。
駆動電流緊急遮断回路３７は、計時用コンデンサＣの充電電圧ＶＣを基準電圧Ｖｆ２と比較して充電電圧ＶＣが基準電圧Ｖｆ２以上のときは遮断指令信号Ｅを出力する比較器３８と、この遮断指令信号Ｅに基づきＰＷＭ回路３１の付勢電源を落とすパワーダウン回路３９とを有する。
第１の放電回路４０は、ホール素子Ｈから出力信号ｄを基準電圧Ｖｆ３と比較して出力信号ｄの電圧が基準電圧Ｖｆ３以上のときはロータ１６の回転周期毎の回転検出信号Ｄを出力する比較器４１と、この回転検出信号Ｄがベースに加わる際にオンし計時用コンデンサＣを放電する第１の放電トランジスタＴｒ１を有する。
上記のモータ駆動用ＩＣ３０は従前より市販品として使用されているものであり、以下のような動作が行われる。回転指令信号Ｓの電圧が第１の電圧値（１Ｖ）以下のとき、ロータ１６は回転しないが、第１の電圧値（１Ｖ）以上になったとき、パルス幅変調信号Ｍが生成して駆動電流ＩＸ，ＩＹ，ＩＺが発生するため、ロータ１６が起動し、回転指令信号Ｓの電圧の増減に応じてロータ１６の速度が増減する。また、回転指令信号Ｓの電圧が基準電圧Ｖｆ１（１Ｖ）以上になると、定電流ＩＣが計時用コンデンサＣに流れ込んで充電する。
ここで、回転指令信号Ｓの電圧が第１の電圧値（１Ｖ）以上となり、ロータ１６が正常に回転している場合、ロータ１６の比較的短い回転周期毎の回転検出信号Ｄが得られるため、定電流ＩＣで常時充電されている計時用コンデンサＣの充電量が第１の放電トランジスタＴｒ１を介して放電し、計時用コンデンサＣの充電圧ＶＣは比較器３８ｂの閾値たる基準電圧Ｖｆ２に達することがないので、遮断指令信号Ｅは発生しない。ところが、過負荷印加などの異常がロータ１６に発生し、ロータ１６の速度が低速化した場合、ホール素子Ｈから出力信号ｄのレベル低下や発生周期の長周期化が生じるため、第１の放電トランジスタＴｒ１による放電周期の長周期化により計時用コンデンサＣの充電圧ＶＣが基準電圧Ｖｆ２に達し、遮断指令信号Ｅが発生してＰＷＭ回路３１を無能化し、このためロータ１６が停止する。
本例のモータ制御装置２０は、ホール素子（回転検出素子）Ｈからの回転結果情報に基づいて作動する第１の放電回路４０とは別に、回転指令信号Ｓに基づいて作動する第２の放電回路５０を備えている。この第２の放電回路５０は、回転指令信号Ｓの電圧を第３の電圧値たる基準電圧Ｖｆ４（例えば２Ｖ）と比較し、電圧が２Ｖ以下のときは放電指令信号Ｗを出力する比較器５１と、この放電指令信号Ｗがベースに加わる際にオンして計時用コンデンサＣを放電する第２の放電トランジスタＴｒ２を有する。このため、回転指令信号Ｓの電圧が１〜２Ｖのときは、速度制御範囲のうち極低速域となり、回転検出信号Ｄの長周期化により第１の放電回路４０が働かない状態で駆動電流緊急遮断回路３７が作動するところであるが、回転指令信号Ｓに基づき第２の放電トランジスタＴｒ２がオン状態で計時用コンデンサＣが放電されているため、遮断指令信号Ｅは出力せず、駆動電流緊急遮断回路３７を無能化でき、極低速状態を持続できる。ブラシレスモータ１０のオン・オフ制御でないため、ハンチング現象が起らず、断続音発生を防止できる。
１０…ブラシレスモータ
１２…シャフト
１４…ロータマグネット
１６…ロータ
Ｘ，Ｙ，Ｚ…ステータコイル
２０…モータ制御装置
３０…モータ駆動用ＩＣ
３１…ＰＷＭ回路
３３…回転駆動回路
３４…充電回路
３５，３８，４１，５１…比較器
３６…定電流源
３７…駆動電流緊急遮断回路
３９…第１の放電回路
５０…第２の放電回路
Ｃ…計時用コンデンサ
Ｄ…回転検出信号
Ｓ…回転指令信号
Ｍ…パルス幅変調信号
ｄ…出力信号
Ｅ…遮断指令信号
Ｆ…鋸波入力
Ｈ…ホール素子
ＩＣ…定電流
ＩＸ，ＩＹ，ＩＺ…駆動電流
Ｔ…充電指令信号
Ｔｒ１…第１の放電トランジスタ
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ＶＣ…充電電圧
Ｖｆ１，Ｖｆ２，Ｖｆ３，Ｖｆ４…基準電圧
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Claims (2)
- 回転指令信号の電圧が第１の電圧値以下にあるときはステータコイルに流す駆動電流を零に設定すると共に、前記電圧が前記第１の電圧値からこれを超える第２の電圧値までの速度制御範囲にあるときは当該電圧の増減に応じて前記駆動電流を増減する回転駆動回路と、前記電圧が前記速度制御範囲にあるときは定電流を計時用コンデンサに充電する充電回路と、前記計時用コンデンサの充電電圧が閾値に達するときは前記回転駆動回路に作用して前記駆動電流を遮断させる駆動電流緊急遮断回路と、前記ステータコイルで回転駆動されるロータの回転周期毎に発生する検出信号に基づき前記計時用コンデンサを放電する第１の放電回路を備えたモータの制御装置において、前記電圧が前記第１の電圧値から前記速度制御範囲で当該第１の電圧値寄りの第３の電圧値までの間は前記計時用コンデンサを放電する第２の放電回路を有することを特徴とするモータの制御装置。
- 請求項１に記載のモータの制御装置において、前記モータは燃料電池システムにおける排熱回収ポンプ用モータであることを特徴とするモータの制御装置。
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