JP2012244650A - モータの駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な回路構成と処理プロセスとで高効率にモータを駆動させることができるモータの駆動制御装置を提供する。
【解決手段】モータの駆動制御装置１は、モータ駆動制御部３の出力部６からモータ２の巻線に電力を供給し、モータ２を駆動する。モータ駆動制御部３は、指令情報生成部４と、駆動信号生成部５とを有している。指令情報生成部４には、モータ２の巻線電流情報と回転速度情報との組合せ対応する進角値群が予め記憶されている。指令情報生成部４は、モータ２の巻線電流情報と回転速度情報との組合せに応じて、進角値群から最適進角値を選択し、駆動信号生成部５に、最適進角値情報と速度指令情報とを出力する。駆動信号生成部５は、最適進角値情報と速度指令情報とに応じて、モータ２の駆動信号を出力部６に出力する。最適進角値は、モータ２の回転速度と巻線電流とに応じて、複雑な演算を必要とせずに求められる。
【選択図】図１

Description

この発明は、モータの駆動制御装置に関し、特に、モータの進角値の制御を行うモータの駆動制御装置に関する。

例えばブラシレスモータなどのモータを高効率で駆動するためには、進角制御が必要になる場合がある。すなわち、進角制御により、モータの誘起電圧の位相とコイル電流の位相とを合致させ、モータのトルクを最大化させることができる。

進角制御に関して、従来技術としては、モータの駆動制御部にマイクロコンピュータを配し、所定のタイミング毎にマイクロコンピュータで演算を行うことで、モータの動作状況に応じて最適な進角値を求めるものがある。

図３は、従来のモータの駆動制御装置の構成の一例を示すブロック図である。

図３に示すように、モータの駆動制御装置８１は、モータ駆動制御部８３と、モータ８２の回転位置を検出する位置検出部９３と、モータ８２の巻線電流を検出する巻線電流検出部９４とを備えている。モータの駆動制御装置８１は、モータ駆動制御部８３からモータ８２に電力を供給して、モータ８２を駆動する。

モータ駆動制御部８３は、指令情報生成部８４と、駆動信号生成部８５と、出力部８６と、電流情報生成部９５とを有している。指令情報生成部８４は、回転速度演算部８７と、速度指令情報生成部８８と、進角値演算部８９とを有している。指令情報生成部８４は、例えば所定のプログラムをマイクロコンピュータが実行することなどにより構成される。駆動信号生成部８５は、波形生成部９１と、進角設定部９２とを有している。

指令情報生成部８４は、位置検出部９３の検出結果や、電流情報生成部９５を介して送られる巻線電流検出部９４の検出結果に応じて、駆動信号生成部８５を制御する。駆動信号生成部８５は、指令情報生成部８４の制御に応じて、出力部８６に駆動信号を送る。出力部８６が駆動信号に応じてモータ８２に駆動電力を供給することで、モータ８２が駆動される。

ここで、モータの駆動制御装置８１では、進角値演算部８９により、最適進角値が、所定のタイミング毎に求められる。最適進角値としては、モータ８２の巻線電流に基づく電流情報とモータ８２の回転数すなわち回転速度との組合せに対応付けられる唯一のものが求められる。進角値演算部８９は、演算によって最適進角値を求める。進角値設定部９２は、求められた最適進角値や、モータ８２の回転数に基づいて求められる角度変化率などを用いて、進角値を設定する。

なお、特許文献１には、モータの動作状況に応じて進角値の選択及び設定を行うモータ駆動装置が開示されている。このモータ駆動装置は、モータの駆動速度が高速領域であるか低速領域であるかを判別し、それに応じて、２つの進角値のいずれかを選択するように構成されており、それにより、モータを高効率駆動することが図られている。

特許文献２には、ブラシレスモータの駆動制御装置において、低負荷領域かつ高速回転領域ではモータの回転位置信号に基づいて設定された通電位相角の補正を行い、高負荷領域かつ低速回転領域ではモータ電流信号に基づいて設定された通電位相角の補正を行うことが開示されている。この駆動制御装置において、通電位相角の補正は、モータ電流値に応じて算出された制御パラメータを用いて決定された通電位相角の情報に基づいて行われる。

特開２００８−１５４３８５号公報 特許４０２２５５２号公報

ところで、モータの駆動制御においては適時に最適制御を行うことが必要であるところ、上記のような、マイクロコンピュータで演算することによって最適進角値を求める方法では、ハードウェア性能やソフトウェアの規模などの面で、マイクロコンピュータに対する要求や負担が大きくなる。すなわち、このような演算による方法を採用する場合には、高機能であって複雑な処理が可能なマイクロコンピュータなど、高価な部品を使用する必要があるという問題がある。

上記の図３に示す例について、このような課題を説明する。すなわち、指令情報生成部８４において最適進角値を求める演算が行われる場合、上記のような進角値演算部８９で行われる処理などが複雑化する。そのため、モータの駆動制御装置８１において、高機能で複雑な処理が可能なマイクロコンピュータなど、高価な部品を使用することが必要になる。

このような問題に対し、特許文献１に記載されているモータ駆動装置では、複数の進角値のうちいずれか１つの進角値を設定して進角制御に利用するので、装置の構成は比較的低廉なものにすることができる。しかしながら、このモータ駆動装置は、モータの駆動速度のみに応じた進角値の設定を行うものであり、モータの駆動の高効率化の点で上記課題を十分には解決できるものではない。

また、特許文献２に記載されているブラシレスモータの駆動方法は、モータの動作状況に応じて２つの動作領域を分割定義し、動作領域に応じた別々の制御を選択的に行うものである。すなわち、モータの駆動速度に応じた進角値と、モータの巻線電流に応じた進角値とが、それぞれ定義された動作領域における専用のものとして、設定されている。しかしながら、このような駆動方法では、モータの動作において細かく進角値を調整することができず、モータを必ずしも効率良く駆動できない。また、このような駆動方法では、上記２つの動作領域の境界付近において、進角値の頻繁な切り替えなどが発生する可能性があり、モータの駆動制御が不安定になるおそれがある。

この発明はそのような問題点を解決するためになされたものであり、簡素な回路構成と処理プロセスとで高効率にモータを駆動させることができるモータの駆動制御装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するためこの発明のある局面に従うと、モータの駆動制御装置は、モータの巻線に流れる電流値に基づく電流情報及びモータの回転速度情報の組合せに応じて予め用意された進角値群より選択した最適進角値に基づく最適進角値情報と、回転速度情報に基づく速度指令情報とを出力する指令情報生成部と、指令情報生成部から出力された最適進角値情報及び速度指令情報に基づいて、モータの駆動信号を生成する駆動信号生成部と、駆動信号生成部で生成された駆動信号に基づいて、巻線に電力を供給し、モータを駆動する出力部とを備える。

好ましくは指令情報生成部は、モータの巻線に流れる電流値とモータの回転速度との複数の組合せに対応する複数の最適進角値を含む進角値群を記憶する進角値群記憶部と、電流情報と回転速度情報との組合せに応じた最適進角値を進角値群記憶部に記憶された進角値群から選択し、選択した最適進角値に基づく最適進角値情報を駆動信号生成部に出力する進角値選択部とを備える。

好ましくは駆動信号生成部は、指令情報生成部から出力された最適進角値情報に基づいて、モータの進角値制御情報を設定する進角設定部と、進角設定部により設定された進角値制御情報及び指令情報生成部から出力された速度指令情報に基づいて、モータを所望の回転速度及び所望の進角値で駆動するための駆動信号を生成する波形生成部とを備える。

これらの発明に従うと、指令情報生成部は、モータの巻線に流れる電流値に基づく電流情報及びモータの回転速度情報の組合せに応じて予め用意された進角値群より選択した最適進角値に基づく最適進角値情報と、回転速度情報に基づく速度指令情報とを出力する。したがって、簡素な回路構成と処理プロセスとで高効率にモータを駆動させることができるモータの駆動制御装置を提供することができる。

本発明の実施の形態の１つにおけるモータの駆動制御装置の構成の一例を示すブロック図である。 本実施の形態における進角値テーブルの一例を示す図である。 従来のモータの駆動制御装置の構成の一例を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態におけるモータの駆動制御装置の一例について説明する。

［実施の形態］

図１は、本発明の実施の形態の１つにおけるモータの駆動制御装置の構成の一例を示すブロック図である。

モータの駆動制御装置１は、モータ駆動制御部３と、位置検出部１３と、巻線電流検出部１４とを備えている。モータの駆動制御装置１は、モータ駆動制御部３からモータ２に電力を供給してモータ２を駆動させる。

本実施の形態において、モータ２は、例えば３相のブラシレスＤＣモータである。

位置検出部１３は、モータ２の回転位置を検出し、その検出信号をモータ駆動制御部３に出力する。すなわち、位置検出部１３からは、モータ２のロータの回転速度に応じて、ロータの回転位置に基づく信号が出力される。

巻線電流検出部１４は、モータ２の巻線に流れる電流値（巻線電流）を検出する。巻線電流検出部１４によるモータ２の巻線電流の検出信号は、モータ駆動制御部３に入力される。

モータ駆動制御部３は、指令情報生成部４と、駆動信号生成部５と、出力部６と、電流情報生成部１５とを有している。位置検出部１３から出力された信号は、指令情報生成部４に入力される。巻線電流検出部１４から出力された信号は、電流情報生成部１５に入力される。

指令情報生成部４は、回転速度演算部７と、速度指令情報生成部８と、進角値選択部９と、進角値群記憶部１０とを有している。指令情報生成部４は、例えば、マイクロコンピュータにより所定の制御プログラムが実行されることで機能する。換言すると、本実施の形態において、指令情報生成部４は、ソフトウェアの処理工程により実現されるものである。

駆動信号生成部５は、波形生成部１１と、進角設定部１２とを有している。駆動信号生成部５は、例えば、マイクロコンピュータのハードウェアにより実現している。駆動信号生成部５は、所定の信号が指令情報生成部４から送られると、それに基づいてモータ２の駆動信号を生成し、生成した駆動信号を出力部６に出力する回路を有している。

出力部６は、例えば、インバータ回路である。インバータ回路としては、種々の形式のものを用いることができる。出力部６は、駆動信号生成部５から送られたモータ２の駆動信号に基づいて、駆動電圧をモータ２に印加し、モータ２を駆動させる。本実施の形態において、出力部６は、例えば、モータ２に正弦波の波形の駆動電力を供給し、モータ２を正弦波駆動する。これにより、モータ２が低騒音かつ低振動で駆動される。

電流情報生成部１５は、例えば、巻線電流検出部１４により検出されたモータ２の巻線電流の値をアナログ／デジタル変換（Ａ／Ｄ変換）し、モータ２の電流情報を生成する。電流情報生成部１５は、巻線電流に基づく電流情報を生成すると、その電流情報を指令情報生成部４の進角値選択部９に出力する。

次に、指令情報生成部４及び駆動信号生成部５の構成について説明する。

回転速度演算部７には、位置検出部１３から出力された信号がモータ２の位置検出情報として入力される。回転速度演算部７は、位置検出部１３から入力されたモータ２の位置検出情報に基づいて、モータ２の回転速度を演算する。本実施の形態において、例えばモータ２の回転数（単位時間あたりの回転数）が、回転速度として演算される。演算により得られた、モータ２の回転数を示す回転速度情報は、速度指令情報生成部８と進角値選択部９とに送られる。回転速度情報は、モータ２の回転数すなわちモータ２のロータの回転位置に基づく情報である。回転速度演算部７は、タイマーやカウンタを有し、モータ２の回転速度の演算に用いてもよい。

速度指令情報生成部８は、回転速度情報を受信すると、モータ２の回転数と予め設定された目標回転数（目標回転速度）との差分情報に基づいて、速度指令情報を生成する。速度指令情報は、モータ２の制御速度を調整するなどの方法により生成される。速度指令情報生成部８は、生成した速度指令情報を、駆動信号生成部５の波形生成部１１に出力する。これにより、モータ２の回転速度がフィードバック制御される。

進角値群記憶部１０には、後述のようにして、進角値群が、例えば進角値テーブルとして記憶されている。

進角値選択部９は、進角値群記憶部１０に記憶された進角値テーブルから、最適進角値を選択する。最適進角値が選択されると、それに対応する最適進角値情報が、駆動信号生成部５の進角設定部１２に出力される。

進角値選択部９による最適進角値の選択は、例えば次のようにして行われる。すなわち、進角値選択部９は、進角値群記憶部１０に記憶されている複数の進角値（最適進角値の候補）のうち、モータ２の巻線電流に基づく電流情報と、モータ２の回転数との組合せに対応するものを選択する。進角値選択部９は、回転速度演算部７から送られた回転速度情報と、電流情報生成部１５から送られた電流情報とに基づいて、最適進角値の選択を行うことができる。進角値選択部９は、所定のタイミングで（例えば、所定時間毎に）、最適進角値の選択を行う。

進角設定部１２は、入力された最適進角値情報に基づいて、モータの進角値制御情報を設定し、波形生成部１１に出力する。

波形生成部１１には、進角設定部１２により設定された進角値制御情報と、指令情報生成部４から出力された速度指令情報とが入力される。波形生成部１１は、入力された進角値制御情報及び速度指令情報に基づいて、モータ２の駆動信号を生成し、出力部６に出力する。換言すると、駆動信号生成部５は、指令情報生成部４から出力された最適進角値情報と速度指令情報とに基づいて、モータ２の駆動信号を生成し、出力する。モータ２の駆動信号は、モータ２を所望の回転数及び所望の進角値で駆動するための信号であり、例えばパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）である。ここで、所望の回転数とは、速度指令情報に対応するものである。また、所望の進角値とは、進角値制御情報に対応するものである。換言すると、波形生成部１１は、速度指令情報及び進角値制御情報のそれぞれに対応する回転数、進角値でモータ２を駆動するためのパルス波形を、駆動信号として生成する。

進角値群記憶部１０には、モータ２の巻線電流に基づく電流情報とモータ２の回転数との組合せに対応した最適進角値が複数設定されている。最適進角値の設定は、例えば、測定や演算などの方法により行われる。最適進角値は、例えば、モータの駆動制御装置１により駆動されることが予定されるモータ２とモータ駆動制御部３とを組み合わせて求めることができる。すなわち、モータ２を動作させながら、進角値の条件を変化させてモータ２の駆動状態に関する測定を行うことなどにより、求めることができる。

進角値群記憶部１０において、設定されている複数の最適進角値は、例えばテーブルデータ化されて、進角値テーブルとしてＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）などの記憶装置に記憶されている。それぞれが対応するモータ２の電流情報と回転数との組合せが異なる複数の最適進角値が、進角値テーブルに含まれている。モータ２の動作時において、進角値選択部９は、進角値群記憶部１０に記憶された進角値テーブルから、モータ２の巻線電流に基づく電流情報とモータ２の回転数との組合せに対応した唯一の最適進角値を選択できる。

［進角値群の説明］

図２は、本実施の形態における進角値テーブルの一例を示す図である。

図２に示すように、進角値群記憶部１０は、モータ２の巻線電流と回転数との組合せが互いに異なる複数の最適進角値を含む進角値テーブルを有している。

進角制御は、モータ２を正弦波駆動により高効率で駆動するために、モータ２の誘起電圧と巻線電流との位相とを互いに合わせ、モータ２の最大トルクを引き出す制御である。進角制御は、指令情報生成部４から進角設定部１２に送られる最適進角値情報に基づいて行われる。最適進角値としては、モータ２の最大トルクを引き出すため、モータ２の誘起電圧の位相と巻線電流の位相とが互いにそろうようにモータ２を制御できる値が設定される。

モータ２の動作時においては、進角値選択部９が、モータ２の巻線電流に基づく電流情報とモータ２の回転数との組合せに対応した（最も適した）最適進角値を、所定のタイミングで進角値群記憶部１０から選択できる。

進角値テーブルは、例えば、次のようにして作成される。すなわち、所定のモータ２と所定のモータ駆動制御部３とを組み合わせて、モータ２を動作させる。このとき、モータ２の巻線電流とモータ２の回転数との組合せ毎に、進角値を変更しながらモータ２の動作状態の測定を行ったり、演算を行ったりすることで、その組合せの下での最適な進角値が求められる。求められた最適進角値は、巻線電流と回転数との複数の組合せのうち対応するものに関連付けられる。これらの複数の最適進角値は、テーブルデータ化されて設定され、進角値テーブルとして進角値群記憶部１０に記憶される。すなわち、複数の最適進角値は、データベース化されて進角値群記憶部１０に設定されている。

なお、最適進角値の設定は、例えば、モータ２の回転数を固定した状態で、負荷電流を変化させながら、最適となる進角値（例えば、巻線電流が最も少なくなる進角値）を測定することにより行うことができる。そして、モータ２の回転数を変えて、その回転数において巻線電流を変化させながら、進角値の測定を行う手順を繰り返すことで、複数の最適進角値を設定することができる。なお、最適進角値を離散的に測定したうえで、近似式などを用いて、測定を行っていない電流値ポイントにおけるデータを補間する方法を採用して、進角値の制御に必要な複数の最適進角値を求めるようにしてもよい。

なお、テーブルデータ化して進角値群記憶部１０に記憶させておく最適進角値の数は、例えば、モータ駆動制御部３とモータ２とを含む装置の設計仕様などに応じて適宜決められる。すなわち、必要とされる進角制御の分解能に応じて、進角値テーブルに含まれる最適進角値の数を決定することができる。

図２においては、進角値群記憶部１０に記憶されている進角値テーブルのうち一部分が示されている。すなわち、図２に示された進角値テーブルは、モータ２の回転数として（ｎ−３），（ｎ−２），（ｎ−１），ｎ，（ｎ＋１），（ｎ＋２），（ｎ＋３）のそれぞれについて、また巻線電流として（ＩｍＮ−３），（ＩｍＮ−２），（ＩｍＮ−１），ＩｍＮ，（ＩｍＮ＋１），（ＩｍＮ＋２），（ＩｍＮ＋３）のそれぞれについて設定された最適進角値ＤＡ（ｎ，ＩｍＮ）を示すものである。進角値選択部９は、モータ２の回転数と巻線電流との組合せに対応する最適進角値を、進角値テーブルの対応箇所を参照することで、選択可能である。

［実施の形態における効果］

以上説明したように、モータの駆動制御装置１では、進角値選択部９が、予め記憶された進角値テーブルを用いて、モータ２の動作状況に応じた唯一の最適進角値を選択することにより、最適進角値が求められる。本実施の形態では、このような方法を採用していることで、最適進角値を演算により求める場合と比較して、最適進角値を求める処理を簡素に行うことができる。進角値選択部９の処理など指令情報生成部４で行われる処理を簡素化することができるので、モータの駆動制御装置１として高価なマイクロコンピュータなどを用いることは必要ではなくなる。モータの駆動制御装置１の構成を簡素化し、モータの駆動制御装置１の製造コストを低くすることができる。換言すると、モータ２の適時最適制御行うことができ、かつ、マイクロコンピュータのハードウェア性能やソフトウェア規模に関する要求や負担を軽減することができる。

また、進角値選択部９は、モータ２の巻線電流に基づく電流情報と、モータ２の回転数すなわち回転速度との組合せに応じた最適進角値を求めることができる。したがって、モータ２の駆動効率やトルクの最大化をより高水準で達成できる。モータ２の全動作領域に対応する進角値テーブルを用いることにより、簡素な構成で、モータ２の全動作領域において最適進角値を選択可能にし、モータ２の効率やトルクを最大化させることができる。

［その他］

モータ駆動制御部において、位置検出部の検出結果に基づいてモータのロータの角度変化率を演算し、駆動信号生成部の進角設定部が、角度変化率と最適進角値情報とに基づいて、進角の設定を行うようにしてもよい。

電流情報生成部は、駆動信号生成部の構成要素（例えばマイクロコンピュータのハードウェアなど）であってもよい。

本実施の形態のモータの駆動制御装置により駆動されるモータは、３相のブラシレスＤＣモータに限られず、他の種類のモータであってもよい。モータの相数は、３相でなくてもよい。

本発明は、正弦波駆動方式によりモータを駆動するモータの駆動制御装置に限られず、例えば矩形波駆動方式によりモータを駆動するモータの駆動制御装置に適用してもよい。

上述の実施の形態における処理の一部又は全部が、ソフトウェアによって行われるようにしても、ハードウェア回路を用いて行われるようにしてもよい。

上記実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ モータの駆動制御装置
２ モータ
３ モータ駆動制御部
４ 指令情報生成部
５ 駆動信号生成部
６ 出力部（インバータ）
７ 回転速度演算部
８ 速度指令情報生成部
９ 進角値選択部
１０ 進角値群記憶部
１１ 波形生成部
１２ 進角設定部
１３ 位置検出部
１４ 巻線電流検出部
１５ 電流情報生成部

Claims (3)

1. モータの巻線に流れる電流値に基づく電流情報及び前記モータの回転速度情報の組合せに応じて予め用意された進角値群より選択した最適進角値に基づく最適進角値情報と、前記回転速度情報に基づく速度指令情報とを出力する指令情報生成部と、
   前記指令情報生成部から出力された前記最適進角値情報及び前記速度指令情報に基づいて、前記モータの駆動信号を生成する駆動信号生成部と、
   前記駆動信号生成部で生成された前記駆動信号に基づいて、前記巻線に電力を供給し、前記モータを駆動する出力部とを備える、モータの駆動制御装置。
2. 前記指令情報生成部は、
   前記モータの巻線に流れる電流値と前記モータの回転速度との複数の組合せに対応する複数の最適進角値を含む前記進角値群を記憶する進角値群記憶部と、
   前記電流情報と前記回転速度情報との組合せに応じた前記最適進角値を前記進角値群記憶部に記憶された前記進角値群から選択し、前記最適進角値に基づく前記最適進角値情報を前記駆動信号生成部に出力する進角値選択部とを備える、請求項１に記載のモータの駆動制御装置。
3. 前記駆動信号生成部は、
   前記指令情報生成部から出力された前記最適進角値情報に基づいて、前記モータの進角値制御情報を設定する進角設定部と、
   前記進角設定部により設定された前記進角値制御情報及び前記指令情報生成部から出力された前記速度指令情報に基づいて、前記モータを所望の回転速度及び所望の進角値で駆動するための前記駆動信号を生成する波形生成部とを備える、請求項１又は２に記載のモータの駆動制御装置。

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