JP2014042440A - モータ駆動装置及びモータ制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、モータ駆動装置及びモータ制御方法に関する。
【解決手段】本発明によるモータ駆動装置は、モータの速度を検出する速度検出部、上記速度検出部で検出したモータの速度と外部入力速度を比較する比較部、及び上記モータの速度が基準速度以下の場合は上記基準速度を制御信号として出力し、上記モータの速度が上記基準速度を超える場合は上記比較部の比較値に基づいて生成されたモータ制御信号を出力する制御部を含むことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータ駆動装置及びモータ制御方法に関する。

一般に、ＢＬＤＣモータのように速度を制御できるモータの場合、パルス‐幅‐変調（Ｐｕｌｓｅ‐Ｗｉｄｔｈ‐Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ、ＰＷＭ）信号のデューティ（Ｄｕｔｙ）値を調節することによりその速度を制御することができる。パルス‐幅‐変調信号のデューティ値は、信号の一周期内で信号がＨｉｇｈ値を有するターン‐オン（ｔｕｒｎ‐ｏｎ）時間と、信号がＬｏｗ値を有するターン‐オフ（ｔｕｒｎ‐ｏｆｆ）時間の間により決められ、モータの回転速度は、パルス‐幅‐変調信号のデューティ値に比例する。

モータの速度制御方式は開ループ（ｏｐｅｎ ｌｏｏｐ）制御と閉ループ（ｃｌｏｓｅ ｌｏｏｐ）制御に大別される。開ループ制御の場合、フィードバック回路を含まないため、簡単な構造に具現することができるが、電気的雑音（ｎｏｉｓｅ）、温度変化等のような外部的要因によって発生する誤差を補償することはできない。これに対し、閉ループ制御の場合、フィードバック回路を含むため、モータの現在回転数、速度、周辺の動作環境等を検出しそれから入力信号を制御してモータの動作で発生する誤差を制御することができる。

閉ループ制御の場合、モータの速度がフィードバックされるため、常に一定の速度を維持することができるが、外部入力信号によってモータの速度が低くなる場合はオーバーシュート（ｏｖｅｒｓｈｏｏｔ）によってモータが停止するという問題がある。

日本特開２００７−２０９１７９号公報 日本特開２００１−１４５３９２号公報

本発明は、上述した従来技術の問題を補完するためのもので、基準速度又は基準デューティ比を予め設定して速度制御部でモータの速度と基準速度を比較するか、又はフィードバック回路によって生成されるモータ制御信号と基準デューティ比を比較して、外部入力パルス‐幅‐変調信号のデューティ比が大幅に減少する場合にフィードバック回路によってオーバーシュート（ｏｖｅｒｓｈｏｏｔ）が発生してモータが停止することを防止することができるモータ駆動装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の技術的な側面によると、モータの速度を検出する速度検出部と、上記速度検出部で検出したモータの速度と外部入力速度を比較する比較部と、上記モータの速度が基準速度以下の場合は上記基準速度を制御信号として出力し、上記モータの速度が上記基準速度を超える場合は上記比較部の比較値に基づいて生成されたモータ制御信号を出力する制御部と、を含むモータ駆動装置を提案する。

また、上記速度制御部から出力される制御信号によりモータの回転速度を制御するモータ駆動装置を提案する。

また、上記比較部は上記速度検出部で検出したモータの速度と外部入力速度の差を比較値として生成するモータ駆動装置を提案する。

本発明の第２の技術的な側面によると、外部入力パルス‐幅‐変調（Ｐｕｌｓｅ‐Ｗｉｄｔｈ‐Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ、ＰＷＭ）信号のデューティ比を検出する外部入力信号検出部と、モータの速度を検出する速度検出部と、上記外部入力信号検出部で検出したデューティ比と上記速度検出部で検出したモータの速度を比較する比較部と、上記比較部の比較値に基づいてモータ制御信号を生成する速度制御部と、を含み、上記速度制御部は上記比較部の比較値に基づいて生成された制御信号が基準デューティ比以下の場合は上記基準デューティ比を制御信号として出力するモータ駆動装置を提案する。

また、上記制御部は、上記比較部の比較値に基づいて生成された制御信号が上記基準信号を超える場合、上記制御信号を出力するモータ駆動装置を提案する。

また、上記速度制御部から出力される制御信号によりモータの回転速度を制御するモータ駆動装置を提案する。

また、上記外部入力信号検出部は外部入力パルス‐幅‐変調信号をサンプリングし、上記外部入力パルス‐幅‐変調信号の一周期の間のサンプリング数をカウンティングしてデューティ比を検出するモータ駆動装置を提案する。

また、上記外部入力パルス‐幅‐変調信号の一周期の間のサンプリング数が減少する場合は上記外部入力信号の速度が遅くなったと判断し、上記外部入力パルス‐幅‐変調信号の一周期の間のサンプリング数が増加する場合は上記外部入力信号の速度が速くなったと判断するモータ駆動装置を提案する。

本発明の第３の技術的な側面によると、外部入力パルス‐幅‐変調信号をサンプリングしてデューティ比を検出する段階と、モータの速度を検出して上記外部入力パルス‐幅‐変調信号のデューティ比と比較する段階と、上記比較した結果からモータ制御信号を生成する段階と、上記生成されたモータ制御信号が基準デューティ値以下の場合は上記基準デューティ値で上記モータを制御し、上記生成されたモータ制御信号が基準デューティ値を超える場合は上記モータ制御信号で上記モータを制御する段階と、を含むモータ制御方法を提案する。

また、上記外部入力パルス‐幅‐変調信号の一周期の間のサンプリング数が減少する場合は上記外部入力信号の速度が遅くなったと判断し、上記外部入力パルス‐幅‐変調信号の一周期の間のサンプリング数が増加する場合は上記外部入力信号の速度が速くなったと判断するモータ制御方法を提案する。

本発明の第４の技術的な側面によると、モータの速度を検出する段階と、上記モータの速度が基準速度以下の場合、上記基準信号をモータ制御信号として生成する段階と、上記モータ制御信号から上記モータの回転速度を制御する段階と、を含むモータ制御方法を提案する。

また、外部入力速度を検出する段階をさらに含み、上記モータの速度が基準速度を超える場合、上記モータの信号と上記検出された外部入力の速度を比較して生成されたモータ制御信号から上記モータの回転速度を制御するモータ制御方法を提案する。

本発明によるモータ駆動装置は、基準速度又は基準デューティ比を予め設定して速度制御部でモータの速度と基準速度を比較するか、又はフィードバック回路によって生成されるモータ制御信号と基準デューティ比を比較して、外部入力パルス‐幅‐変調信号のデューティ比が大幅に減少する場合にフィードバック回路によってオーバーシュート（ｏｖｅｒｓｈｏｏｔ）が発生してモータが停止することを防止することができる。

本発明の実施例によるモータ制御回路を概略的に示したブロック図である。 本発明の実施例によるモータ駆動方法を説明するために提供されるグラフである。 本発明の一実施例によるモータ駆動方法を説明するために提供されるフローチャートである。 本発明の他の実施例によるモータ駆動方法を説明するために提供されるフローチャートである。

以下では、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。しかし、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲は以下で説明する実施形態に限定されない。また、本発明の実施形態は、当該技術分野で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。したがって、図面における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために誇張されることがある。

図１は、本発明の実施例によるモータ制御回路を概略的に示したブロック図である。

図１を参照すると、本実施例によるモータ駆動装置は、外部入力信号検出部１０、速度検出部２０、速度制御部３０、基準速度／基準デューティ入力部４０及びモータ５０を含むことができる。速度制御部３０から出力する信号によりモータの動作が制御される。一例として、速度制御部３０は、パルス‐幅‐変調（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ、ＰＷＭ）信号のデューティ値を調節してモータ５０の回転速度等を制御することができる。速度制御部３０から出力する信号により動作するモータ５０はＢＬＤＣ（Ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ ＤＣ）モータであることができる。

外部入力信号検出部１０はモータ５０の回転速度を変えるためにモータ駆動装置の外部で生成される信号を検出し、上記信号は入力パルス‐幅‐変調（Ｐｕｌｓｅ‐Ｗｉｄｔｈ‐Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ、ＰＷＭ）信号であることができる。入力パルス‐幅‐変調信号をサンプリングした後、サンプリング数をカウンティングしてデューティ比を生成することができる。即ち、デューティ比は、入力パルス‐幅‐変調信号の一周期の間にハイ値が維持される時間の比で測定されることができる。外部入力パルス‐幅‐変調信号の一周期の間のサンプリング数が減少した場合は、外部入力パルス‐幅‐変調信号が示す速度が遅くなったと判断し、外部入力パルス‐幅‐変調信号の一周期の間のサンプリング数が増加した場合は、外部入力パルス‐幅‐変調信号が示す速度が速くなったと判断する。モータ５０の回転速度を速くする場合はデューティ比を大きくし、モータ５０の回転速度を遅くする場合はデューティ比を小さくすることにより、モータ５０の速度を制御することができる。

速度検出部２０では、モータ５０から受信された信号をサンプリングし、サンプリング数をカウンティングしてモータ５０の回転速度を検出することができる。速度検出部２０で検出されたモータ５０の速度と外部入力信号検出部１０で検出したデューティ比の差を比較部で演算し、演算された信号が速度制御部３０に入力される。

速度制御部３０は、入力された演算信号からモータ制御信号を生成してモータ５０の回転速度を制御することができる。外部入力信号検出部１０で検出されたデューティ比が速度検出部２０で検出されたモータの速度より大きい場合はモータ５０の速度を速くするように制御信号が出力され、外部入力信号検出部１０で検出されたデューティ比が速度検出部２０で検出されたモータの速度より小さい場合はモータ５０の速度が遅くなるように制御信号が出力されることができる。即ち、速度検出部２０と速度制御部３０はフィードバック回路で構成されて所望の速度で一定にモータ５０の速度を制御することができる。

速度制御部３０は、速度検出部２０で検出されたモータの速度と外部入力信号検出部１０で検出したデューティ比の差を演算した信号の他に基準速度／基準デューティ入力部４０から基準速度又は基準デューティ比信号が入力されることができる。速度検出部２０で検出したモータの速度が基準速度以下の場合、速度制御部３０は基準速度に対応する信号を出力し、モータ５０は速度制御部３０から出力された基準速度で回転するように制御される。速度検出部２０で検出したモータの速度が基準速度を超える場合、速度制御部３０は外部入力信号検出部１０で検出されたデューティ比に対応する速度とモータ速度の差を演算した信号とに基づいてモータ制御信号を出力し、モータの回転はモータ制御信号により制御される。

上述したように速度制御部は外部入力信号のデューティ比と対応する速度と速度検出部で検出したモータの速度の差を演算した信号からモータ制御信号を生成するため、モータ制御信号に示されるデューティ比が基準速度／基準デューティ入力部４０で生成される基準デューティ比以下の場合、速度制御部３０は基準デューティ比を示す信号を出力し、モータの回転速度は基準デューティ比を示す信号により制御される。逆に、モータ制御信号のデューティ比が基準デューティ比を超える場合、速度制御部はモータ制御信号を出力し、モータの回転速度はモータ制御信号により制御される。

図２は、本発明の実施例によるモータ駆動方法を説明するために提供されるグラフである。

図２を参照して、基準速度又は基準デューティ比により制御されるモータの駆動について説明する。例えば、モータが停止状態でモータの回転速度が１７０００ｒｐｍとなるように外部入力パルス‐幅‐変調信号の入力を受けると、速度検出部と速度制御部によるフィードバック回路によってモータの速度は次第に増加する。外部入力パルス‐幅‐変調信号に変化のない場合、モータの速度は１７０００ｒｐｍを維持するようになる。

外部入力パルス‐幅‐変調信号として低いデューティ比が入力される場合、速度検出部と速度制御部によるフィードバック回路によってモータの速度を低くするモータ制御信号が生成される。実際にモータの速度は漸進的に落ち、これにより、モータ制御信号のデューティ比も漸進的に小さくなる。この際、同一のタイミングでモータ制御信号のデューティ比と対応する速度はモータの速度より小さくなり、外部入力パルス‐幅‐変調信号のデューティ比と対応する速度より大きいモータの速度を低くするためにフィードバックを繰り返せば繰り返すほど、モータ制御信号のデューティ比は低くなる。これにより、モータの速度が外部入力パルス‐幅‐変調信号のデューティ比と対応する速度に到達する前にモータ制御信号のデューティ比が０となる。即ち、外部入力パルス‐幅‐変調信号のデューティ比が０でなくてもモータ制御信号のデューティ比は０となるため、モータが停止する。

本発明の実施例によると、基準速度又は基準デューティ比を設定して外部入力パルス‐幅‐変調信号のデューティ比が大幅に小さくなる場合、モータが停止することを防止することができる。外部入力パルス‐幅‐変調信号のデューティ比が小さくなるにつれ、モータ駆動装置は速度検出部と速度制御部で構成されたフィードバック回路によりモータの速度を次第に低くし、速度検出部で検出したモータの速度が基準速度以下の場合、フィードバック回路によって生成されるモータ制御信号によりモータの回転速度を制御せず、基準速度によってモータの回転速度を制御する。即ち、モータに印加される制御信号のデューティ比が０となる前にモータを基準速度で制御してモータが停止することを防止することができる。

また、本発明の他の実施例によると、フィードバックによって生成されるモータ制御信号のデューティ比と予め設定した基準デューティ比を比較して、モータ制御信号のデューティ比が予め設定した基準デューティ比を超える場合、モータ制御信号をモータに印加してフィードバックによってモータ制御信号を再度生成する。モータ制御信号のデューティ比が予め設定した基準デューティ比以下の場合は、基準デューティ比でモータの回転速度を制御し、フィードバックによって生成されたモータ制御信号のデューティ比が基準デューティ比を超えるときまでモータ制御信号をモータに印加しない。

図３は、本発明の一実施例によるモータ駆動方法を説明するために提供されるフローチャートである。以下、図１の実施例を参照して図３のフローチャートを説明するが、図１以外の他の実施例も適用されることができる。

図３を参照すると、本発明の一実施例によるモータ駆動方法は、モータの速度を検出することから始まる（Ｓ１００）。外部入力パルス‐幅‐変調信号のデューティ比が低くなってモータの速度が減少する場合、速度検出部２０で検出されたモータの回転速度は速度制御部３０に入力され、基準速度／基準デューティ入力部４０から基準速度が速度制御部３０に入力される。

速度制御部３０でモータの速度と基準速度を比較し、モータの速度が基準速度を超える場合、速度制御部３０は外部入力パルス‐幅‐変調信号のデューティ比と対応する速度とモータ速度の差を演算した信号からモータ制御信号を生成してモータに出力する（Ｓ１３０）。モータの回転速度は上記モータ制御信号により制御される（Ｓ１４０）。

これとは異なり、モータの速度が基準速度以下の場合、速度制御部３０は基準速度信号をモータに出力し、モータの回転速度は上記基準速度信号により制御される（Ｓ１２０、Ｓ１４０）。即ち、外部入力パルス‐幅‐変調信号のデューティ比が小さくなってモータの速度が遅くなる場合、基本的にはフィードバックによってモータ制御信号を生成してモータを制御するが、モータの速度が基準速度以下と判断される場合は、基準速度を維持するようにモータの駆動を制御することができる。したがって、オーバーシュートによってモータが停止することを防止することができる。

図４は、本発明の他の実施例によるモータ駆動方法を説明するために提供されるフローチャートである。以下、図１の実施例を参照して図４のフローチャートを説明するが、図１以外の他の実施例も適用されることができる。

図４を参照すると、本発明の他の実施例によるモータ駆動方法は、外部入力パルス‐幅‐変調信号のデューティ比を検出することから始まる（Ｓ２００）。デューティ比は外部入力パルス‐幅‐変調信号をサンプリングしサンプリング数をカウンティングして検出することができる。速度検出部２０は、モータの回転速度を検出し、外部入力パルス‐幅‐変調信号のデューティ比と対応する速度とモータの回転速度との差を演算する（Ｓ２１０）。

速度制御部３０は、演算された信号が入力されてモータ制御信号を生成することができる（Ｓ２２０）。即ち、速度検出部２０と速度制御部３０はフィードバック回路で構成されてフィードバック過程を繰り返してモータ制御信号を生成することができる。速度制御部３０は基準速度／基準デューティ入力部４０から基準デューティ比の入力を受けて上記モータ制御信号のデューティ比と比較する。

モータ制御信号のデューティ比が予め設定された基準デューティ比より大きい場合、フィードバックによって生成されたモータ制御信号が速度制御部から出力され、モータの回転速度はモータ制御信号により制御されることができる（Ｓ２５０）。モータ制御信号のデューティ比が予め設定された基準デューティ比以下の場合、速度制御部３０は予め設定された基準デューティ比を示す信号を出力してモータの回転速度を制御することができる（Ｓ２４０）。速度制御部３０でフィードバックによって生成されたモータ制御信号は生成され続けるが、生成されたモータ制御信号のデューティ比が基準デューティ比以下の場合、モータ制御信号はモータに出力されることができない。

したがって、外部入力パルス‐幅‐変調信号のデューティ比が大幅に減少する場合、デューティ比が０のモータ制御信号が出力されることを防止し、モータが基準デューティ比により制御されるようにすることにより、オーバーシュートによってモータが停止することを防止することができる。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想から外れない範囲内で多様な修正及び変形が可能であるということは、当技術分野の通常の知識を有するものには明らかである。

１０ 外部入力信号検出部
２０ 速度検出部
３０ 速度制御部
４０ 基準速度／基準デューティ入力部
５０ モータ

Claims (12)

1. モータの速度を検出する速度検出部と、
   前記速度検出部で検出したモータの速度と外部入力速度を比較する比較部と、
   前記モータの速度が基準速度以下の場合は前記基準速度に対応する信号をモータを制御する制御信号として出力し、前記モータの速度が前記基準速度を超える場合は前記比較部の比較値に基づいて生成されたモータ制御信号をモータを制御する制御信号として出力する速度制御部と、
   を含む、モータ駆動装置。
2. 前記速度制御部から出力される制御信号によりモータの回転速度を制御する、請求項１に記載のモータ駆動装置。
3. 前記比較部は前記速度検出部で検出したモータの速度と外部入力速度の差を比較値として生成する、請求項１または２に記載のモータ駆動装置。
4. 外部入力パルス‐幅‐変調（Ｐｕｌｓｅ‐Ｗｉｄｔｈ‐Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ、ＰＷＭ）信号のデューティ比を検出する外部入力信号検出部と、
   モータの速度を検出する速度検出部と、
   前記外部入力信号検出部で検出したデューティ比と前記速度検出部で検出したモータの速度を比較する比較部と、
   前記比較部の比較値に基づいてモータ制御信号を生成する速度制御部と、
   を含み、
   前記速度制御部は前記比較部の比較値に基づいて生成されたモータ制御信号に示されるデューティ比が基準デューティ比以下の場合は前記基準デューティ比を示す信号を制御信号として出力する、モータ駆動装置。
5. 前記速度制御部は、前記比較部の比較値に基づいて生成されたモータ制御信号に示されるデューティ比が前記基準デューティ比を超える場合、前記モータ制御信号を制御信号として出力する、請求項４に記載のモータ駆動装置。
6. 前記速度制御部から出力される制御信号によりモータの回転速度を制御する、請求項４又は５に記載のモータ駆動装置。
7. 前記外部入力信号検出部は外部入力パルス‐幅‐変調信号をサンプリングし、前記外部入力パルス‐幅‐変調信号の一周期の間のサンプリング数をカウンティングしてデューティ比を検出する、請求項４から６の何れか１項に記載のモータ駆動装置。
8. 前記外部入力パルス‐幅‐変調信号の一周期の間のサンプリング数が減少する場合は前記外部入力パルス‐幅‐変調信号に示される速度が遅くなったと判断し、前記外部入力パルス‐幅‐変調信号の一周期の間のサンプリング数が増加する場合は前記外部入力パルス‐幅‐変調信号に示される速度が速くなったと判断する、請求項７に記載のモータ駆動装置。
9. 外部入力パルス‐幅‐変調信号をサンプリングしてデューティ比を検出する段階と、
   モータの速度を検出して前記外部入力パルス‐幅‐変調信号のデューティ比と比較する段階と、
   前記比較した結果からモータ制御信号を生成する段階と、
   生成された前記モータ制御信号に示されるデューティ比が基準デューティ比以下の場合は前記基準デューティ比で前記モータを制御し、生成された前記モータ制御信号に示されるデューティ比が基準デューティ比を超える場合は前記モータ制御信号で前記モータを制御する段階と、
   を含む、モータ制御方法。
10. 前記外部入力パルス‐幅‐変調信号の一周期の間のサンプリング数が減少する場合は前記外部入力パルス‐幅‐変調信号に示される速度が遅くなったと判断し、前記外部入力パルス‐幅‐変調信号の一周期の間のサンプリング数が増加する場合は前記外部入力パルス‐幅‐変調信号に示される速度が速くなったと判断する、請求項９に記載のモータ制御方法。
11. モータの速度を検出する段階と、
    前記モータの速度が基準速度以下の場合、前記基準速度に対応する信号をモータ制御信号として生成する段階と、
    前記モータ制御信号から前記モータの回転速度を制御する段階と、
    を含む、モータ制御方法。
12. 外部入力速度を検出する段階をさらに含み、
    前記モータの速度が基準速度を超える場合、前記モータの速度と検出された前記外部入力速度を比較して生成されたモータ制御信号により前記モータの回転速度を制御する、請求項１１に記載のモータ制御方法。

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