JP2014187824A

JP2014187824A - モータ駆動装置

Info

Publication number: JP2014187824A
Application number: JP2013061414A
Authority: JP
Inventors: Toshiki Tsubouchi; 俊樹坪内
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2013-03-25
Filing date: 2013-03-25
Publication date: 2014-10-02
Also published as: CN104079214A

Abstract

【課題】モータからモータ組み込み機器の上位制御基板に供給される、モータの回転速度を意味するＦＧ信号が、インバータノイズにより瞬間的な電圧変動を生じて、前記ＦＧ信号を利用する上位の制御手段が誤動作する課題があった。
【解決手段】上位制御基板とモータ駆動装置のＧＮＤが共通接続され、ＦＧ信号を上位の制御手段へ伝達するスイッチ素子の出力端子に、接地されたコンデンサと接続される第一の抵抗の他端を接続する構成としたことにより、瞬間的な電圧変動を軽減して前記上位の制御手段の誤動作を防ぐ。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータ及びモータ組み込み機器に関する技術分野で、特に、モータから組み込み機器の上位側への信号伝達に関する。

従来、モータ組み込み機器におけるモータ制御としては、複数のスイッチ手段から構成されるインバータによりモータ巻線に電力が供給されて駆動されるものであって、上位側制御基板のマイコンは、モータから出力される回転パルス信号（ＦＧ）からモータの回転情報を得て、モータ巻線への供給電力を可変してモータを制御する。

回転パルス信号（ＦＧ）のモータ側の出力端子として例えば、特許文献１の図８に示すように、トランジスタＱ１のオープンコレクタ出力である場合が多い。トランジスタＱ１のオープンコレクタからの回転パルス出力（ＦＧ）は、図９に示すように、モータ駆動装置３０１から組み込み機器１０１の上位制御基板２のマイコン８へ入力される。

図１０は、ＦＧ信号のタイムチャートである。図１０（ａ）において、ＦＧ信号は、Ｈレベル／Ｌレベル＝５０％の矩形波信号であり、ａ、ｂ、ｃ、ｄの黒線は、図示しないインバータが発生するノイズである。

図１０（ｂ）は、（ａ）図のノイズａ、ｂ、ｃ、ｄの拡大図である。図９のマイコン８は、ＦＧ信号の立ち下がりタイミング間の時間、例えば、時刻ｔ＝ｔ１とｔ２までの時間すなわち周期Ｔを計測して、計測したＦＧ信号の周期Ｔをフィードバックすることで、モータを制御するのであるが、前記ノイズａ、ｂ、ｃ、ｄは、マイコン８のスレッシュホールド電圧Ｖｔｈ以下にまで低下しているので、ノイズの発生間隔ｔ０１をＦＧ信号周期の真値と誤ってモータを制御してしまい、モータ組み込み機器を誤動作・故障に至らしめる可能性があった。

特に、上位制御基板とモータ駆動装置のＧＮＤが共通接続される場合に顕著である。

特許第４４０９６６３号公報

従来技術の課題は、モータからモータ組み込み機器の上位制御基板に供給される回転パルス信号（ＦＧ）重畳ノイズによる電圧低下が、上位制御基板のマイコンのＶｔｈより小さくなることである。

上記課題を解決するために、本発明のモータ駆動装置は、モータから速度を意味する回転パルス信号（ＦＧ）が上位基板へスイッチング素子並びに抵抗を介して供給されるものであって、前記スイッチング素子の出力端子に前記抵抗の一端が接続され他端は前記ＦＧ信号の前記上位制御基板への出力端子を成すとともに、一端がＧＮＤに接続されたコンデンサの他端に接続される構成とした。

上記構成とすることにより、モータから供給される回転パルス信号（ＦＧ）重畳ノイズの電圧低下を軽減し、上位制御基板のマイコンのＶｔｈより小さくなることを防ぐ効果がある。

本発明の実施の形態１におけるモータ駆動装置および上位制御基板の構成図本発明の実施の形態１におけるタイムチャート本発明の実施の形態２におけるモータ駆動装置および上位制御基板の構成図とタイムチャート本発明の実施の形態３におけるモータ駆動装置および上位制御基板の構成図本発明の実施の形態３におけるタイムチャート本発明の実施の形態４におけるモータ駆動装置および上位制御基板の構成図本発明の実施の形態４におけるタイムチャート従来のモータ駆動装置の回転パルス出力端子及び周辺の構成図従来のモータ駆動装置および上位制御基板の構成図従来のモータ駆動装置および上位制御基板のタイムチャート

第１の発明は、モータ及びモータ駆動装置を含む各種電気機器において、前記電気機器の上位制御基板とモータ駆動装置は、ＧＮＤが共通接続されて、前記モータから速度を意味する回転パルス信号（ＦＧ）が上位制御基板へスイッチング素子並びに抵抗を介して供給されるものであって、前記スイッチング素子の出力端子に前記抵抗の一端が接続され他端は前記回転パルス信号（ＦＧ）の前記上位制御基板への出力端子を成すとともに一端がＧＮＤに接続されたコンデンサの一端に接続されることにより、モータから供給されるＦＧ信号に重畳したノイズによる電圧低下を軽減し、上位制御基板のマイコンのＶｔｈより小さくなることを防ぐ効果がある。

第２の発明は、モータ及びモータ駆動装置を含む各種電気機器において、前記電気機器の上位制御基板とモータ駆動装置は、ＧＮＤが共通接続されて、前記モータから速度を意味する回転パルス信号（ＦＧ）が上位基板へスイッチング素子を介して供給されるものであって前記スイッチング素子の出力端子は、前記回転パルス信号（ＦＧ）の前記上位制御基板への出力端子を成すとともに、抵抗の一端が接続され、前記抵抗の他端は、一端がＧＮＤに接続されたコンデンサの他端に接続されることにより、モータから供給されるＦＧ信号に重畳したノイズによる電圧低下を軽減し、上位制御基板のマイコンのＶｔｈより小さくなることを防ぐ効果がある。

第３の発明は、モータ駆動装置を内蔵するブラシレスモータが組み込まれた各種電気機器おいて、前記モータ駆動手段から前記ブラシレスモータの速度を意味する回転パルス信号（ＦＧ）が上位制御手段へトランジスタを介して供給されるものであって、前記トランジスタのコレクタに前記抵抗の一端が接続され他端は前記回転パルス信号（ＦＧ）の前記上位制御手段への出力端子を成すとともに一端がＧＮＤに接続されたコンデンサの他端に接続されて、モータから供給される回転パルス信号（ＦＧ）に重畳したノイズによる電圧低下を軽減し、マイコンの誤判定及びそれによる機器の誤動作を防ぐ効果がある。

第４の発明は、モータ駆動装置を内蔵するブラシレスモータが組み込まれたに各種電気機器おいて、前記モータ駆動手段から前記モータの速度を意味する回転パルス信号（ＦＧ）が上位制御手段へトランジスタを介して供給されるものであって、前記トランジスタのコレクタは、前記回転パルス信号（ＦＧ）の前記上位制御手段への出力端子を成すとともに、抵抗の一端が接続され、前記抵抗の他端は、一端がＧＮＤに接続されたコンデンサの他端に接続されて、モータから供給されるＦＧ信号に重畳したノイズによる電圧低下を軽
減し、マイコンの誤判定及びそれによる機器の誤動作を防ぐ効果がある。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるモータ駆動装置および上位制御基板の構成図である。

図１において、３はモータ駆動装置であり、ＩＣ１０、トランジスタ５（Ｑ１）、第一の抵抗６、コンデンサ７、その他図示しない構成要素からなる。２は上位制御基板でありマイコン８、制御電源４、その他図示しない構成要素からなる。２、３は、電機機器１の構成要素である。制御電源４の正側出力端子Ｖｃｃと負側出力端子ＧＮＤは、モータ駆動装置に接続されてＩＣ１０へ電力を供給する。

トランジスタ５（Ｑ１）のエミッタはＧＮＤへ接地され、ベースは、１０のＩＣに含まれる速度信号発生器１７に接続され、コレクタは第一の抵抗の一端に接続される。第一の抵抗の他端は、速度信号発生器１７が出力する信号をマイコン８へ伝達する出力端子ＦＧを成すと共に、一端がＧＮＤに接地されたコンデンサの他端に接続される。（実施の形態１の構成）
以上のように構成されたモータの駆動装置について、図２のタイムチャートを用い、以下その動作、作用を説明する。

図２の（ａ）は、Ｑ１のコレクタの信号ＶＣ、（ｂ）はＶＣの一部拡大図、（ｃ）はＦＧ端子の信号、（ｄ）は、ＦＧ端子信号の拡大図である。

まず、（ａ）図において、ＶＣには、速度信号発生器１７がモータの回転速度を意味する矩形波信号が発生して、マイコン８に供給している。マイコン８は、ＦＧ信号のＨからＬへ立ち下がる電位が予め定められたＶｔｈを下回ると時間を計測開始し、次回の立ち下がり電位がＶｔｈを下回るタイミングで計測終了してその時間をモータの回転速度と認識する構成であるが、ＶＣには図示しないインバータのスイッチ動作によるノイズが重畳しており、ノイズａ，ｂ，ｃ，ｄの拡大図（ｂ）より、ノイズはインバータの動作周期ｔ０１に同期して発生しており、信号の電圧低下は、マイコン８のスレッシュホールド電圧Ｖｔｈより下降している。

しかしながら、図（ｃ）のＦＧ信号においては、第一の抵抗とコンデンサによる時定数により電圧降下が軽減され、拡大図（ｄ）に示すように、マイコン８のＶｔｈに到達することはなく、マイコン８はノイズによりモータの回転速度計測を誤ることはないという作用・効果を得る。

（実施の形態２）
図３（ａ）は、本発明の第２の実施の形態におけるモータ駆動装置および上位制御基板の構成図である。

図３（ａ）において、トランジスタ５（Ｑ１）のコレクタが速度信号発生器１７が出力する信号をマイコン８へ伝達する出力端子ＦＧを成すと共に、第一の抵抗の一端に接続され、第一の抵抗の他端が、一端がＧＮＤに接地されたコンデンサの他端に接続される構成とした以外は、図２に示す実施の形態１の構成と同じであるので、その他の構成の説明は略す。（実施の形態２の構成）
以上のように構成された実施の形態２の動作について、図３（ｂ）、（ｃ）のタイムチャートを用い、以下その動作、作用を説明する。図３の（ｂ）はＦＧ端子の信号、（ｃ）は、ＦＧ端子信号の拡大図である。

（ｂ）図において、ＦＧには、速度信号発生器１７がモータの回転速度を意味する矩形波信号が発生して、マイコン８に供給している。マイコン８は、ＦＧ信号のＨからＬへ立ち下がる電位が予め定められたＶｔｈを下回ると時間を計測開始し、次回の立ち下がり電位がＶｔｈを下回るタイミングで計測終了してその時間をモータの回転速度と認識する構成である。

ＦＧには図示しないインバータのスイッチ動作によるノイズが重畳しており、（ｃ）のノイズａ，ｂ，ｃ，ｄの拡大図より、ノイズはインバータの動作周期ｔ０１に同期して発生しており、信号の電圧低下をともなうが、第一の抵抗とコンデンサによる時定数により電圧降下が軽減され、マイコン８のスレッシュホールド電圧Ｖｔｈより下回ることはなく、マイコン８はノイズによりモータの回転速度計測を誤ることはないという作用・効果を得る。

（実施の形態３）
図４は、本発明の第３の実施の形態におけるモータ駆動装置および上位制御基板の構成図である。

図４において、モータ駆動装置３はインバータ１１、電流検出抵抗１９、ＩＣ１０、ＮＰＮトランジスタ５（Ｑ１）、第一の抵抗６、コンデンサ７からなる。上位制御基板２はマイコン８、制御電源４、主電源９、その他図示しない構成要素からなる。上位制御基板２、モータ駆動装置３は、電機機器１の構成要素である。

主電源９の正側出力端子ＶＤＣは、インバータ１１に接続され、インバータ１１は、ＰＷＭ信号発生器１８の作用によりモータの固定子１２の巻線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３へ電力を供給し、制御電源４の正側出力端子Ｖｃｃは、ＩＣ１０へ接続され、ＩＣ１０へ電力を供給する。主電源９、制御電源４の負側出力端子は共通にＧＮＤに接続される。回転子１３の磁極位置センサ１４、１５、１６の各出力信号はＩＣ１０の速度信号発生器１７へ入力される。

トランジスタ５（Ｑ１）のエミッタはＧＮＤへ接地され、ベースは、１０のＩＣに含まれる速度信号発生器に接続され、コレクタは第一の抵抗の一端に接続される。第一の抵抗の他端は、速度信号発生が出力する信号をマイコン８へ伝達する出力端子ＦＧを成すと共に、一端がＧＮＤに接地されたコンデンサの他端に接続される。マイコン８から出力される指令信号ＶＳＰはＩＣ１０のＰＷＭ信号発生器１８へ入力される。

以上のように構成されたモータの駆動装置について、図５のタイムチャートを用い、以下その動作、作用を説明する。

図５の（ａ）は、主電源電流ＩＤＣの波形、（ｂ）は、Ｑ１のコレクタの信号ＶＣ、（ｃ）はＶＣの一部拡大図、（ｄ）はＦＧ端子の信号、（ｅ）は、ＦＧ端子信号の拡大図である。

まず、（ａ）図において、ＩＤＣは、インバータ１１のスイッチング動作によるパルス電流が発生している。

（ｂ）図において、ＶＣには、速度信号発生器１７がモータの回転速度を意味する矩形波信号が発生して、マイコン８に供給している。マイコン８は、ＦＧ信号のＨからＬへ立ち下がる電位が予め定められたＶｔｈを下回ると時間を計測開始し、次回の立ち下がり電位がＶｔｈを下回るタイミングで計測終了してその時間をモータの回転速度と認識、予め定められた目標回転速度との誤差値に基づき、指令信号ＶＳＰを発生、モータ駆動装置３
のＩＣ１０内部のＰＷＭ信号発生器１８へ入力する構成であるが、ＩＤＣのパルス電流の立下りに同期してＶＣにはノイズが重畳する。

ノイズａ，ｂ，ｃ，ｄの拡大図（ｃ）より、ノイズはインバータの動作周期ｔ０１に同期して発生しており、信号の電圧低下は、マイコン８のスレッシュホールド電圧Ｖｔｈより下降している。

しかしながら、図（ｄ）のＦＧ端子においては、第一の抵抗とコンデンサによる時定数により電圧降下が軽減され、図（ｅ）に示すように、マイコン８のＶｔｈに到達することはなく、マイコン８はノイズによりモータの回転速度計測を誤ることはないという作用効果を得る。

（実施の形態４）
図６は、本発明の第４の実施の形態におけるモータ駆動装置および上位制御基板の構成図である。

図６において、図３の実施の形態２と同じく、トランジスタＱ１のコレクタが速度信号発生が出力する信号をマイコン８へ伝達する出力端子ＦＧを成すと共に、第一の抵抗の一端に接続され、第一の抵抗の他端が、一端がＧＮＤに接地されたコンデンサの他端に接続される構成とした以外は、図４に示す実施の形態３の構成と同じであるので、その他の構成の説明は略す。

以上のように構成されたモータの駆動装置について、図７のタイムチャートを用い、以下その動作、作用を説明する。

まず、（ａ）図において、ＩＤＣは、インバータ１１のスイッチング動作によるパルス電流が発生している。（ｂ）図は、ＦＧ信号であり、ＩＤＣのパルス電流の立下りに同期してＦＧにはノイズが重畳する。ノイズによりＦＧ信号の電位は低下するが、第一の抵抗とコンデンサによる時定数によりノイズによる電圧降下が軽減され、図（ｃ）に示すように、マイコン８のＶｔｈに到達することはなく、マイコン８はノイズによりモータの回転速度計測を誤ることはないという作用・効果を得る。

以上のように、本発明にかかるモータ駆動装置は、モータから供給されるＦＧ信号に重畳したノイズによる電圧低下を軽減し、上位制御基板のマイコンのＶｔｈより小さくなることを防ぐ効果があるので、インバータによるモータ駆動装置を搭載した各種電機機器だけでなく、インダクタンス負荷をインバータ制御する各種機器にも適用できる。

１電機機器
２上位制御基板
３モータ駆動装置
４制御電源
５スイッチィング素子
６第一の抵抗
７コンデンサ
８マイコン
９主電源
１０ＩＣ
１１インバータ
１２固定子
１３回転子
１４、１５、１６位置センサ
１７速度信号発生器
１８ＰＷＭ信号発生器
１９電流検出抵抗

Claims

モータ及びモータ駆動装置を含む各種電気機器において、
前記電気機器の上位制御基板とモータ駆動装置は、ＧＮＤが共通接続されて、前記モータから速度を意味する回転パルス信号（ＦＧ）が上位制御基板へスイッチング素子並びに抵抗を介して供給されるものであって、前記スイッチング素子の出力端子に前記抵抗の一端が接続され他端は前記回転パルス信号（ＦＧ）の前記上位制御基板への出力端子を成すとともに、一端がＧＮＤに接続されたコンデンサの他端に接続されるモータ駆動装置。
モータ及びモータ駆動装置を含む各種電気機器において、
前記電気機器の上位制御基板とモータ駆動装置は、ＧＮＤが共通接続されて、前記モータから速度を意味する回転パルス信号（ＦＧ）が上位制御基板へスイッチング素子を介して供給されるものであって前記スイッチング素子の出力端子は、前記回転パルス信号（ＦＧ）信号の前記上位制御基板への出力端子を成すとともに、抵抗の一端が接続され、前記抵抗の他端は、一端がＧＮＤに接続されたコンデンサの他端に接続されたモータ駆動装置。
モータ駆動装置を内蔵するブラシレスモータが組み込まれた各種電気器おいて、
前記モータ駆動装置から前記ブラシレスモータの速度を意味する回転パルス信号（ＦＧ）が上位制御手段へトランジスタを介して供給されるものであって、前記トランジスタのコレクタに前記抵抗の一端が接続され他端は前記回転パルス信号（ＦＧ）の前記上位制御手段への出力端子を成すとともに一端がＧＮＤに接続されたコンデンサの他端に接続されて、前記制御基板は、前記回転パルス信号（ＦＧ）の意味するモータ速度が、予め定められた目標速度に一致するよう構成したモータ駆動装置。
モータ駆動装置を内蔵するブラシレスモータが組み込まれたに各種電気機器おいて、前記モータ駆動装置から前記モータの速度を意味する回転パルス信号（ＦＧ）が上位制御手段へトランジスタを介して供給されるものであって、前記トランジスタのコレクタは、前記回転パルス信号（ＦＧ）の前記上位制御手段への出力端子を成すとともに、抵抗の一端が接続され、前記抵抗の他端は、一端がＧＮＤに接続されたコンデンサの他端に接続されて、前記上位制御基板は、前記回転パルス信号（ＦＧ）の意味するモータ速度が、予め定められた目標速度に一致するよう構成したモータ駆動装置。