JP2013183478A

JP2013183478A - モータ駆動回路、および、モータ装置

Info

Publication number: JP2013183478A
Application number: JP2012043798A
Authority: JP
Inventors: Soichi Sekihara; 原聡一関
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2012-02-29
Filing date: 2012-02-29
Publication date: 2013-09-12
Also published as: US20130221880A1; CN103296941A

Abstract

【課題】より確実に起動することが可能なモータ駆動回路を提供する。
【解決手段】モータ駆動回路は、モータをセンサレス駆動するモータ駆動回路である。モータ駆動回路は、指令信号に応じて、前記モータを駆動する駆動電圧を前記モータに供給するドライバを、駆動制御信号により制御する駆動制御信号生成回路を備える。モータ駆動回路は、前記モータが直流励磁駆動している場合に、前記ドライバに流れる駆動電流に基づいた第１の電圧信号を出力する検出回路を備える。モータ駆動回路は、前記第１の電圧信号の直流成分を除去し、得られた第２の電圧信号を出力する演算回路を備える。モータ駆動回路は、前記第２の電圧信号の振幅に基づいて、前記モータを直流励磁駆動から強制転流駆動に移行するか否かを判定し、この判定結果に応じた判定信号を前記駆動制御信号生成回路に出力する判定回路を備える。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、モータ駆動回路、および、モータ装置に関する。

従来、ファンなどに使用されているブラシレスＤＣモータを位置センサレス駆動するモータ駆動回路がある。

この従来のモータ駆動回路は、例えば、時間を規定してロータを位置決めしていた。

しかし、この方法では、ロータの状態に関係なく、直流励磁駆動を開始して所定時間経過後に次の強制転流駆動に移行する。

このため、風などの外乱でロータが回転或いは揺動している状態で強制転流駆動に移行した場合、ロータの状態が所定の状態ではないため、モータの起動が困難になる。

特開２０１１−１５５８０２

より確実に起動することが可能なモータ駆動回路を提供する。

実施例に従ったモータ駆動回路は、モータをセンサレス駆動するモータ駆動回路である。モータ駆動回路は、前記モータを駆動する駆動電圧を前記モータに供給するドライバを、駆動制御信号により制御する駆動制御信号生成回路を備える。モータ駆動回路は、前記モータが直流励磁駆動している場合に、前記ドライバに流れる駆動電流に基づいた第１の電圧信号を出力する検出回路を備える。モータ駆動回路は、前記第１の電圧信号の直流成分を除去し、得られた第２の電圧信号を出力する演算回路を備える。モータ駆動回路は、前記第２の電圧信号の振幅に基づいて、前記モータを直流励磁駆動から強制転流駆動に移行するか否かを判定し、この判定結果に応じた判定信号を前記駆動制御信号生成回路に出力する判定回路を備える。

図１は、実施例１に係るモータ装置１０００の構成の一例を示す図である。図２は、図１に示すドライバＤおよび抵抗回路Ｒの構成の一例を示す回路図である。図３は、図１に示すドライバＤに起動時に流れる駆動電流の波形の一例を示す波形図である。図４は、図１に示す検出回路４が起動時に検出する電圧ＶｍＵの波形の一例を示す波形図である。図５は、図１に示す検出回路４が起動時に出力する第１の電圧信号Ｓ１の波形の一例を示す波形図である。図６は、図１に示す演算回路３が起動時に出力する第２の電圧信号Ｓ２の波形の一例を示す波形図である。図７は、第２の電圧信号Ｓ２と閾値Ｖｔｈの波形の一例を示す波形図である。

以下、各実施例について図面に基づいて説明する。なお、以下の実施例では、３相の駆動電圧により回転数が制御される３相モータの制御に適用した場合について説明する。しかし、駆動電圧により回転数が制御される他の種類のモータについても同様に適用することができる。

図１は、実施例１に係るモータ装置１０００の構成の一例を示す図である。

図１に示すように、モータ装置１０００は、モータ駆動回路１００と、ドライバＤと、モータＭと、抵抗回路Ｒと、を備える。図１ではモータ駆動回路１００、ドライバＤが別々になっているが、１つになっていても良い。更に抵抗回路Ｒを加えて１つになっていても良い。

このモータ装置１０００は、例えば、エアコンや冷蔵庫等の製品に使用されるファンやコンプレッサの駆動用に適用される。そして、モータ駆動回路１００は、マイコン１０１により制御される。

マイコン１０１は、モータＭの駆動を規定する指令信号Ｓｃを、モータ駆動回路１００に、出力するようになっている。また、このマイコン１０１は、上述のエアコンや冷蔵庫等の製品の所定の制御も実行するようになっている。

モータＭは、本実施例では、３相モータ（さらに詳しくは、３相ブラシレスＤＣモータ）である。なお、既述のように、モータＭは、駆動電圧により回転数が制御される他の種類のモータであってもよい。

ドライバＤは、一端が電源に接続され、他端が抵抗回路Ｒを介して接地に接続されている。ドライバＤは、電源から電源電圧が供給されるようになっている。このドライバＤは、該電源電圧からモータＭを駆動するための３相の駆動電圧を生成する。このドライバＤは、駆動制御信号ＳＵＰ、ＳＶＰ、ＳＷＰ、ＳＵＮ、ＳＶＮ、ＳＷＮに応じて、モータＭに対して電源電圧を３相の駆動電圧Ｕ、Ｖ、Ｗで供給するようになっている。

また、抵抗回路Ｒは、ドライバＤに接続されている。

また、モータ駆動回路１００は、指令信号Ｓｃに応じて、モータＭをセンサレス駆動するようになっている。

すなわち、モータ駆動回路１００は、指令信号Ｓｃに応じて、先ず、ドライバＤにより、モータＭを直流励磁駆動して、所定の位置にロータを回転させる。その後、モータ駆動回路１００は、ドライバＤにより、モータＭを強制転流駆動して、所定の回転数までモータＭを強制的に回転させる。そして、モータ駆動回路１００は、モータＭの回転数が所定の回転数を超えると、ドライバＤに流れる駆動電流に応じて、モータＭのセンサレス駆動を開始する。

このモータ駆動回路１００は、図１に示すように、例えば、駆動制御信号生成回路１と、判定回路２と、演算回路３と、検出回路４と、を備える。
駆動制御信号生成回路１は、マイコン１０１から出力された指令信号Ｓｃに応じて、モータＭを駆動する駆動電圧をモータＭに供給するドライバＤを、駆動制御信号により制御するようになっている。

駆動制御信号生成回路１は、判定信号Ｓｄが強制転流駆動に移行する判定を示している場合には、駆動制御信号によりドライバＤを制御して、モータＭを強制転流駆動するようになっている。

駆動制御信号生成回路１は、指令信号ＳｃがモータＭを直流励磁駆動することを指示している場合には、駆動制御信号によりドライバＤを制御することによりモータＭを直流励磁駆動させるとともに、直流励磁開始信号Ｓｓを判定回路２に出力するようになっている。

検出回路４は、モータＭが直流励磁駆動している場合に、ドライバＤに流れる駆動電流に基づいた第１の電圧信号Ｓ１を出力するようになっている。

例えば、検出回路４は、ドライバＤから抵抗回路Ｒに駆動電流が流れることによる電圧降下に応じた電圧値を検出し、この検出結果に応じて第１の電圧信号Ｓ１を出力する。

演算回路３は、第１の電圧信号Ｓ１の直流成分を除去し、得られた第２の電圧信号Ｓ２を出力するようになっている。

判定回路２は、第２の電圧信号Ｓ２の振幅に基づいて、モータＭを直流励磁駆動から強制転流駆動に移行するか否かを判定し、この判定結果に応じた判定信号Ｓｄを駆動制御信号生成回路１に出力するようになっている。

すなわち、判定回路２は、第２の電圧信号Ｓ２の振幅と閾値Ｖｔｈとを比較し、予め設定された基準期間ｘの間、振幅が閾値Ｖｔｈよりも低くなった場合には、モータＭを直流励磁駆動から強制転流駆動に移行すると判定するようになっている。

例えば、判定回路２は、直流励磁駆動を開始する場合に駆動制御信号生成回路１が出力する直流励磁開始信号Ｓｓに応じて、第２の電圧信号Ｓ２の振幅と閾値Ｖｔｈとの比較を開始する。その後、判定回路２は、基準期間ｘの間、第２の電圧信号Ｓ２の振幅が閾値Ｖｔｈよりも低くなると、強制転流駆動に移行する判定を示す判定信号Ｓｄを出力する。

そして、既述のように、駆動制御信号生成回路１は、判定信号Ｓｄが強制転流駆動に移行する判定を示している場合には、駆動制御信号によりドライバＤを制御して、モータＭを強制転流駆動する。

ここで、図２は、図１に示すドライバＤおよび抵抗回路Ｒの構成の一例を示す回路図である。なお、図２の例では、バイポーラトランジスタによりドライバＤが構成された例を示すが、ＭＯＳトランジスタによりドライバＤが構成されていてもよい。

図２に示すように、ドライバＤは、例えば、第１のトランジスタ（ＰＮＰ型バイポーラトランジスタ）２ａと、第２のトランジスタ（ＮＰＮ型バイポーラトランジスタ）２ｂと、第３のトランジスタ（ＰＮＰ型バイポーラトランジスタ）２ｃと、第４のトランジスタ（ＮＰＮ型バイポーラトランジスタ）２ｄと、第５のトランジスタ（ＰＮＰ型バイポーラトランジスタ）２ｅと、第６のトランジスタ（ＮＰＮ型バイポーラトランジスタ）２ｆと、６個のダイオード２ｇ〜２ｌと、を有する。なお、図２の例では、低電圧の場合の一例を示しているが、高電圧の場合は図示していないプリドライバ回路とＮＰＮ型トランジスタ６個の構成でも良い。

第１のトランジスタ２ａは、電源に一端（エミッタ）が接続され、駆動制御信号生成回路１から出力された第１の駆動制御信号ＳＵＰが制御端子（ベース）に入力されるようになっている。

なお、ダイオード２ｇは、第１のトランジスタ２ａのエミッタ／コレクタに、カソード／アノードが接続されている。

第２のトランジスタ２は、第１のトランジスタ２ａの他端（コレクタ）に一端（コレクタ）が接続され、駆動制御信号生成回路１から出力された第２の駆動制御信号ＳＶＰが制御端子（ベース）に入力されるようになっている
なお、ダイオード２ｈは、第２のトランジスタ２ｂのコレクタ／エミッタに、カソード／アノードが接続されている。

また、第１のトランジスタ２ａと第２のトランジスタ２ｂとの間の第１の端子Ｔ１がモータＭの第１の相（Ｕ相）のコイルに接続されている。この第１の端子Ｔ１から第１の駆動電圧Ｕが出力される。

第３のトランジスタ２ｃは、電源に一端（エミッタ）が接続され、駆動制御信号生成回路１から出力された第３の駆動制御信号ＳＶＰが制御端子（ベース）に入力されるようになっている。

なお、ダイオード２ｉは、第３のトランジスタ２ｃのエミッタ／コレクタに、カソード／アノードが接続されている。

第４のトランジスタ２ｄは、第３のトランジスタ２ｃの他端（コレクタ）に一端（コレクタ）が接続され、駆動制御信号生成回路１から出力された第４の駆動制御信号ＳＶＮが制御端子（ベース）に入力されるようになっている。

なお、ダイオード２ｊは、第４のトランジスタ２ｄのコレクタ／エミッタに、カソード／アノードが接続されている。

また、第３のトランジスタ２ｃと第４のトランジスタ２ｄとの間の第２の端子Ｔ２がモータＭの第２の相（Ｖ相）のコイルに接続されている。この第２の端子Ｔ２から第２の駆動電圧Ｖが出力される。

第５のトランジスタ２ｅは、電源に一端（エミッタ）が接続され、駆動制御信号生成回路１から出力された第５の駆動制御信号ＳＷＰが制御端子（ベース）に入力されるようになっている。

なお、ダイオード２ｋは、第５のトランジスタ２ｅのエミッタ／コレクタに、カソード／アノードが接続されている。

第６のトランジスタ２ｆは、第５のトランジスタ２ｅの他端（コレクタ）に一端（コレクタ）が接続され、駆動制御信号生成回路１から出力された第６の駆動制御信号ＳＷＮが制御端子（ベース）に入力されるようになっている。

なお、ダイオード２ｌは、第６のトランジスタ２ｆのコレクタ／エミッタに、カソード／アノードが接続されている。

また、第５のトランジスタ２ｅと第６のトランジスタ２ｆとの間の第３の端子Ｔ３がモータＭの第３の相（Ｗ相）のコイルに接続されている。この第３の端子Ｔ３から第３の駆動電圧Ｗが出力される。

モータＭは、上述の３相の駆動電圧Ｕ、Ｖ、Ｗにより、３相のコイルに電流が流れて、駆動するようになっている。

また、図２に示すように、抵抗回路Ｒは、例えば、第１の抵抗ＲＵと、第２の抵抗ＲＶと、第３の抵抗ＲＷと、を有する。

第１の抵抗ＲＵは、第２のトランジスタ２ｂの他端（エミッタ）と接地との間に接続されている。

第２の抵抗ＲＶは、第４のトランジスタ２ｄの他端（エミッタ）と接地との間に接続されている。

第３の抵抗ＲＷは、第６のトランジスタ２ｆの他端（エミッタ）と接地との間に接続されている。

なお、抵抗ＲＵ、ＲＶ、ＲＷは、それぞれ、第２、第４、第６のトランジスタ２ｂ、２ｄ、２ｆと接地との間に接続されている。すなわち、モータＭのコイルを流れた電流が抵抗ＲＵ、ＲＶ、ＲＷを流れることになる。したがって、この抵抗ＲＵ、ＲＶ、ＲＷの電圧または電流である信号ＶｍＵ、ＶｍＶ、ＶｍＷは、モータＭ（モータＭのコイル）に流れる電流に応じたものとなる。

ここで、図１に示す検出回路４は、例えば、第２のトランジスタ２ｂの他端（エミッタ）と第１の抵抗ＲＵとの間の電圧ＶｍＵを検出し、この検出結果に応じて第１の電圧信号Ｓ１を出力する。

なお、検出回路４は、電圧ＶｍＶまたは電圧ＶｍＷを検出し、この検出結果に応じて第１の電圧信号Ｓ１を出力するようにしてもよい。

次に、以上のような構成を有するモータ駆動回路１００の動作の一例について説明する。

図３は、図１に示すドライバＤに起動時に流れる駆動電流の波形の一例を示す波形図である。また、図４は、図１に示す検出回路４が起動時に検出する電圧ＶｍＵの波形の一例を示す波形図である。また、図５は、図１に示す検出回路４が起動時に出力する第１の電圧信号Ｓ１の波形の一例を示す波形図である。また、図６は、図１に示す演算回路３が起動時に出力する第２の電圧信号Ｓ２の波形の一例を示す波形図である。また、図７は、第２の電圧信号Ｓ２と閾値Ｖｔｈの波形の一例を示す波形図である。

例えば、起動時に、ロータを所定の位置に位置決め（直流励磁）する際、最初からロータが所定の位置の位置にない場合、ロータが動くことで誘起電圧が発生する。

したがって図３に示すように、直流励磁駆動している時間ｔ０〜時間ｔ１は、駆動電流が揺れてしまう。そして、時間が経過するごとにその揺れは収束し、モータ停止状態になる（時間ｔ１〜）。なお、風などでモータが回転している場合も同様である。

また、図４に示すように、位置決めの際、電圧ＶｍＵは、低く、駆動電流がＰＷＭされた波形となる。検出回路４は、ドライバＤから抵抗回路Ｒに駆動電流が流れることによる電圧降下に応じた電圧ＶｍＵを検出し、この検出結果に応じて第１の電圧信号Ｓ１を出力する（図５）。

また、既述のように、演算回路３は、第１の電圧信号Ｓ１の直流成分を除去し、得られた第２の電圧信号Ｓ２を出力する（図６）。この直流成分は、指令信号に応じて駆動電流が変化すると、変化するものである。すなわち、指令信号により駆動電流の変化の影響を低減することができる。これにより、次のステップである判定が容易になる。

また、図７に示すように、判定回路２は、直流励磁開始信号Ｓｓに応じて、第２の電圧信号Ｓ２の振幅と閾値Ｖｔｈとの比較を開始する（時間ｔ０）。その後、判定回路２は、基準期間ｘの間、第２の電圧信号Ｓ２の振幅が閾値Ｖｔｈよりも低くなると、強制転流駆動に移行する判定を示す判定信号Ｓｄを出力する（時間ｔ１）。

そして、駆動制御信号生成回路１は、この直流励磁終了信号に基づき、次の駆動シーケンスである強制転流駆動に移行する。

もし、位置決めの際、風などの外乱で揺れが収束しない場合、判定回路２は、判定信号Ｓｄを出力しない。このため、次の駆動シーケンスに移行せず、モータＭの回転数に応じた信号が出力されない時間が続くことになる。例えば、この信号に基づいて、所定時間経過後リトライしたり、指令信号を上げてリトライしたりするなどすればよい。

なお、検出回路４は、CRフィルタを用い、又、通電信号に基づきS/Hするなどして駆動電流を検出するようにしてもよい。

このように、３相ブラシレスＤＣモータの位置センサレス駆動において、ロータを位置決めする際、ロータが停止した後に次の強制転流動作に移行するため、確実に起動できる。

また、位置決めの際、所定時間内にロータが停止しているにもかかわらず所定時間経過するまで待つ無駄時間がなくなり、起動時間の短縮が可能である。

以上のように、本実施例１に係るモータ装置１０００によれば、より確実に起動することができる。

なお、実施形態は例示であり、発明の範囲はそれらに限定されない。

１００モータ駆動回路
１０１マイコン
１０００モータ装置
Ｄドライバ
Ｍモータ
Ｒ抵抗回路

Claims

モータをセンサレス駆動するモータ駆動回路であって、
前記モータを駆動する駆動電圧を前記モータに供給するドライバを、駆動制御信号により制御する駆動制御信号生成回路と、
前記モータが直流励磁駆動している場合に、前記ドライバに流れる駆動電流に基づいた第１の電圧信号を出力する検出回路と、
前記第１の電圧信号の直流成分を除去し、得られた第２の電圧信号を出力する演算回路と、
前記第２の電圧信号の振幅に基づいて、前記モータを直流励磁駆動から強制転流駆動に移行するか否かを判定し、この判定結果に応じた判定信号を前記駆動制御信号生成回路に出力する判定回路と、を備える
ことを特徴とするモータ駆動回路。
前記駆動制御信号生成回路は、
前記判定信号が強制転流駆動に移行する判定を示している場合には、前記駆動制御信号により前記ドライバを制御して、前記モータを強制転流駆動する
ことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動回路。
前記判定回路は、
前記第２の電圧信号の振幅と閾値とを比較し、予め設定された基準期間の間、前記振幅が前記閾値よりも低くなった場合には、前記モータを直流励磁駆動から強制転流駆動に移行すると判定する
ことを特徴とする請求項１または２に記載のモータ駆動回路。
前記判定回路は、
直流励磁駆動を開始する場合に前記駆動制御信号生成回路が出力する直流励磁開始信号に応じて、前記第２の電圧信号の振幅と前記閾値との比較を開始し、
その後、前記基準期間の間、前記振幅が前記閾値よりも低くなると、強制転流駆動に移行する判定を示す前記判定信号を出力する
ことを特徴とする請求項３に記載のモータ駆動回路。
前記駆動制御信号生成回路は、
前記モータを直流励磁駆動することを指示する指令信号を受けた場合に、前記駆動制御信号により前記ドライバを制御することにより前記モータを直流励磁駆動させるとともに、前記直流励磁開始信号を前記判定回路に出力する
ことを特徴とする請求項４に記載のモータ駆動回路。
前記ドライバに接続された抵抗回路をさらに備え、
前記検出回路は、
前記ドライバから前記抵抗回路に前記駆動電流が流れることによる電圧降下に応じた電圧値を検出し、この検出結果に応じて前記第１の電圧信号を出力する
ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載のモータ駆動回路。
前記モータは、３相モータであることを特徴とする請求項６に記載のモータ駆動回路。
前記ドライバは、
電源に一端が接続され、前記駆動制御信号生成回路から出力された第１の駆動制御信号が制御端子に入力される第１のトランジスタと、
前記第１のトランジスタの他端に一端が接続され、前記駆動制御信号生成回路から出力された第２の駆動制御信号が制御端子に入力される第２のトランジスタと、
前記電源に一端が接続され、前記駆動制御信号生成回路から出力された第３の駆動制御信号が制御端子に入力される第３のトランジスタと、
前記第３のトランジスタの他端に一端が接続され、前記駆動制御信号生成回路から出力された第４の駆動制御信号が制御端子に入力される第４のトランジスタと、
前記電源に一端が接続され、前記駆動制御信号生成回路から出力された第５の駆動制御信号が制御端子に入力される第５のトランジスタと、
前記第５のトランジスタの他端に一端が接続され、前記駆動制御信号生成回路から出力された第６の駆動制御信号が制御端子に入力される第６のトランジスタと、を有し、
前記第１のトランジスタと前記第２のトランジスタとの間の第１の端子が前記モータの第１の相のコイルに接続され、前記第１の端子から第１の駆動電圧を出力し、
前記第３のトランジスタと前記第４のトランジスタとの間の第２の端子が前記モータの第２の相のコイルに接続され、前記第２の端子から第２の駆動電圧を出力し、
前記第５のトランジスタと前記第６のトランジスタとの間の第３の端子が前記モータの第３の相のコイルに接続され、前記第３の端子から第３の駆動電圧を出力し、
前記抵抗回路は、
前記第２のトランジスタの他端と接地との間に接続された第１の抵抗と、
前記第４のトランジスタの他端と前記接地との間に接続された第２の抵抗と、
前記第６のトランジスタの他端と前記接地との間に接続された第３の抵抗と、を有し、
前記検出回路は、前記第２のトランジスタの他端と前記第１の抵抗との間の電圧を検出し、この検出結果に応じて前記第１の電圧信号を出力する
ことを特徴とする請求項７に記載のモータ駆動回路。
モータと、
前記モータを駆動するための駆動電圧を前記モータに供給するドライバと、
マイコンから出力される指令信号に応じて、駆動制御信号によりドライバを制御することにより、前記モータをセンサレス駆動するモータ駆動回路と、を備え、
前記モータ駆動回路は、
前記ドライバを、駆動制御信号により制御する駆動制御信号生成回路と、
前記モータが直流励磁駆動している場合に、前記ドライバに流れる駆動電流に基づいた第１の電圧信号を出力する検出回路と、
前記第１の電圧信号の直流成分を除去し、得られた第２の電圧信号を出力する演算回路と、
前記第２の電圧信号の振幅に基づいて、前記モータを直流励磁駆動から強制転流駆動に移行するか否かを判定し、この判定結果に応じた判定信号を前記駆動制御信号生成回路に出力する判定回路と、を有する
ことを特徴とするモータ装置。