JP4077995B2

JP4077995B2 - ブラシレスモータのソフトスタート機能付きモータ制御装置

Info

Publication number: JP4077995B2
Application number: JP22149399A
Authority: JP
Inventors: 太新木; 剛関根; 栄二高橋
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Calsonic Kansei Corp
Priority date: 1999-08-04
Filing date: 1999-08-04
Publication date: 2008-04-23
Anticipated expiration: 2019-08-04
Also published as: JP2001045790A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はブラシレスモータのモータ制御装置に関し、スタート時のソフトスタート動作の高速化及びモータ特性に応じてソフトスタートの傾き及び時間を容易に変更できるソフトスタート機能付きモータ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の空調装置におけるブロアファンの回転駆動用のモータは、永久磁石を回転子、電機子巻線を固定子として、整流機構を磁極センサとスイッチング素子で置き換えたブラシレスモータが用いられるようになってきている。
【０００３】
図４は従来の自動車の空調装置の概略構成図である。図４に示すように、ブラシレスモータ１は自動車内の内気を取り入れるための内気導入用ダクト２と外気を取り入れる外気用ダクト３との間に設けられたエアーインテークドア４の近傍に設けられたＦＡＮ付きのモータ本体部５と、このモータ本体部５に互いに位相の異なる電力を供給する駆動回路部６と、後述する空調制御回路８からのＦＡＮ回転指示信号とモータ本体部５に設けられている磁極センサ（図示せず）からの検出信号等に基づいて駆動回路部６への所定のデュティ比の制御信号を生成するモータ制御回路部７とから構成される。また、モータ本体部５の近傍にはエバポレータＥが設けられている。
【０００４】
前述の空調制御回路８（ＡＣアンプともいう）は、図示しない水温センサ、温度センサ、外気センサ等からの検出信号と車両のインストルメントパネルに組み付けられた操作盤９からの指示信号を入力し、この指示信号と各種センサからの検出信号とからモータの目標回転数を求め、所定時間後にこの目標回転数になるようにするための図５に示すようなＦＡＮ指示信号をモータ制御回路部７に送出する。
【０００５】
また、モータ制御回路部７は具体的にはマイコンを用いている。このモータ制御回路部であるマイコンは、ＦＡＮ指示信号の入力に伴って、駆動回路部６への制御信号（出力ＰＷＭ信号ともいう）のデュティ比を０から序々に増加して行って（この間をソフトスタート時間と称する）、目標の回転数になるデュティ比の出力ＰＷＭ信号を送出させるソフトスタート制御を行っていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ソフトスタートをマイコンで行っていることにより、モータの特性が変わった場合はソフトスタートのためのプログラムを書き換えなければならないので、コスト高になるという課題があった。
【０００７】
例えば、モータの特性に合わせてＦＡＮ指示信号を序々に立ち上げて行くようなソフトスタートのためのプログラムを新たに生成しなければならない。
【０００８】
また、マイコンによってソフトスタートの制御を行っているので、モータの回転に対する追従制御の応答性が低いという課題があった。
【０００９】
本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、モータの特性が変わったとしても、そのモータ特性に合わせてソフトスタートの傾きを容易に変更でき、かつ応答性が良いブラシレスモータのモータ制御装置を得ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、外部と内部とを接続させるための複数の端子（３０ａ、３０ｂ…）を設け、目標回転信号とモータ本体部に設けられた複数のホール素子（ＩＣ１、ＩＣ２、ＩＣ３）からの検出信号とから複数相の駆動パルス毎のデュティ比の制御信号を得て前記モータ本体部の回転子を回転させるブラシレスモータのモータ制御装置において、第１の端子（３０ｂ）に外付けされた第１の抵抗（ＲＳ１）と、第２の端子（３０ｃ）に外付けされた第２の抵抗（ＲＳ２）と、第３の端子（３０ｄ）に外付けされた第３の抵抗（Ｒｓａ）と、第３の抵抗（Ｒｓａ）に直列接続され、この接続点が第４の端子（３０ｅ）に接続されたコンデンサ（Ｃ）と、第５の端子（３０ａ）から回転指示信号を入力して基準値とを比較し、回転指示信号が基準値を越えているときは、出力を高インピーダンス状態にする入力検知回路（２０）と、第１の抵抗（ＲＳ１）の値に基づく第１の定電流（ＩＳ１）又は第２の抵抗（ＲＳ２）に基づく定電流（ＩＳ２）との加算電流のいずれかを入力検知回路（２０）の出力状態に応じて第３の端子（３０ｄ）を介して、コンデンサ（Ｃ）に充電させ、次第に増加又は該増加の傾斜より急な傾斜となったソフトスタート波形を目標回転信号とするソフトスタート回路（２２）とを備えたことを要旨とする。
【００１１】
このため、入力検知回路（２０）が基準以上の回転指示信号を検知すると、ソフトスタート回路（２２）が第１の端子（３０ｂ）に接続されている第１の抵抗（ＲＳ１）に基づく定電流（ＩＳ１）で第３の端子（３０ｄ）から第３の抵抗（Ｒｓａ）を介してコンデンサ（Ｃ）に充電させる。
【００１２】
すなわち、回転指示信号の検知初期においては、第１の抵抗（ＲＳ１）に基づく第１の定電流（ＩＳ１）でコンデンサ（Ｃ）を序々に充電させ、このときのコンデンサ（Ｃ）の電位をソフトスタート波形として送出させる。そして、コンデンサ（Ｃ）の電位が基準値に到達したときに、第２の抵抗（ＲＳ２）に基づく第２の定電流（ＩＳ２）を第１の定電流（ＩＳ１）に加算して外付けのコンデンサ（Ｃ）に充電させ、このときのコンデンサ（Ｃ）の電位をソフトスタート波形として送出させる。
【００１３】
また、ソフトスタート回路は、第４の端子（３０ｅ）に一方を他方を基準電源に、出力を第２の定電流源（ＩＳ２）に接続し、第４の端子（３０ｅ）の電位が基準以下のときは第１の定電流（ＩＳ１）を第３の抵抗（Ｒｓａ）介してコンデンサ（Ｃ）に充電させ、また基準を越えたときは、出力を高インピーダンス状態にして定電流（ＩＳ２）を第１の定電流（ＩＳ１）に強制的に加算させることを要旨とする。
【００１４】
【発明の効果】
本発明は、モータ本体部のファンを序々に目標回転数にするためのソフトスタート制御を行うための手段をアンプ、抵抗、トランジスタ等で構成し、これを集積化すると共に、ソフトスタート波形の傾斜を決定する手段を外付けのコンデンサ及び抵抗で実現する。
【００１５】
すなわち、本発明によれば、回転指示信号の検知初期においては、外付けの第１の抵抗（ＲＳ１）に基づく第１の定電流（ＩＳ１）で外付けの抵抗及びコンデンサに充電させ、このコンデンサの電位が基準値を越えたときに外付けの第２の抵抗値（ＲＳ２）に基づく第２の定電流（ＩＳ２）を加算した加算電流をコンデンサに充電させる。
【００１６】
このコンデンサの電位をソフトスタート波形として駆動回路を介してモータ本体部に送出する。
【００１７】
従って、モータの特性が変わった場合は、外付け抵抗又は外付けのコンデンサを取り替えることによって、ソフトスタート波形の傾斜を変更させることが可能であるという効果が得られている。
【００１８】
また、ソフトスタートの制御をハード回路で実現しているのでモータの回転に対する追従制御の応答性が高いという効果が得られている。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は本実施の形態のブラシレスモータのモータ制御装置の概略構成図である。図１に示すモータ制御装置１０はカスタムＩＣであり、複数の入出力端子を有してモータ本体部に位相の異なる電力を供給する駆動回路６及びモータ本体部のホールＩＣ（ＩＣ１、ＩＣ２、ＩＣ３）に接続され、このホールＩＣからの各検出信号とＦＡＮ回転指示信号とに基づいて、所定の回転速度にするための制御信号を生成して駆動回路部６に送出する。
【００２０】
このとき、ＦＡＮ回転指示信号の入力に伴って、抵抗、比較器（コンパレータ）トランジスタ等を用いてＦＡＮ回転指示信号を序々に立ち上げたソフトスタート波形を得る制御を行っている。前述のソフトスタート波形の傾きは、外付けの抵抗、コンデンサ等によって可変可能となっている。すなわち、モータの特性等に応じてソフトスタート時間を外付けの抵抗、コンデンサによって容易に変更できるようにしている。
【００２１】
ここで、モータ本体部の概略構成を説明しておく。モータ本体部は、図２に示すように、シャフト１２の一端の周囲に回転検出用のためのマグネット１３（以下センサマグネット１３という）を設け、このセンサマグネット１３の周囲に６個の突極１４ａ、１４ｂ、……を有する固定子１４を取付けている。前述のセンサマグネット１３はＮ極とＮ極、Ｓ極とＳ極とがそれぞれ一対で対向させられ、シャフト１２の一方の端の周囲に設けられている。
【００２２】
また、固定子１４の６個の突極１４ａ、１４ｂ、……にはコイル１５ａ、１５ｂ、……が巻き付けられ、対向する２個のコイルで１相をなしている。すなわち、６個のコイルで三相の駆動系を構成している。
【００２３】
この固定子１４の外側にあるロータ１６には図２に示すように、９０度間隔でメインマグネット１７ａ、１７ｂ、……が周設されている。ロータ１６はシャフト１２の他端（図示せず）にシャフト１２と一体で回転可能に連結されている。
【００２４】
さらに、固定子１４にはセンサマグネット１３の磁極（Ｓ極、Ｎ極）の磁界の方向を検出するホール素子１８ａ（ＩＣ１）、１８ｂ（ＩＣ２）、１８ｃ（ＩＣ３）が１２０間隔で均等に配置されている。
【００２５】
一方、駆動回路部６は、モータ制御装置１０に接続された６個の抵抗Ｒ１、Ｒ２、……と、６個のパワー素子Ｑ１、Ｑ２……とからなり、モータ制御装置１０からの各制御信号に基づく駆動信号を生成し、これらの駆動信号を対応するパワー素子Ｑ１、Ｑ２……に送出する。
【００２６】
次に、モータ制御装置１０の構成を説明する。モータ制御装置１０は、図１に示すように、ＦＡＮ回転指示信号（以下単に回転指示信号という）を入力する入力検知回路２０と、ソフトスタート回路２２と、ソフトスタート時間設定回路２５と、定電流値設定回路２７とを備えて基板に実装されている。但し、駆動回路部６とカスタムＩＣ化されたモータ制御装置１０は、基板の異なる領域に設けられる。
【００２７】
入力検知回路２０は、回転指示信号を端子３０ａに入力し、この回転指示信号と基準値とを比較し、回転指示信号のレベルが１０％〜９０％の範囲のときにソフトスタート回路２２から電流ＩＳ１をソフトスタート時間変更回路２５に流す。
【００２８】
ソフトスタート回路２２は、電流ＩＳ１を流す定電流源３６と電流ＩＳ２を流す定電流源３７とダイオードＤと比較器３８とを備えている。この定電流源３６は端子３０ｂに接続され、この端子３０ｂに定電流値設定変更用のための外付けの抵抗ＲＳ２が接続されている。また、定電流源３７は端子３０ｃに接続され、この端子３０ｃに定電流値設定変更用のための外付けの抵抗ＲＳ２が接続されている。
【００２９】
この外付けの抵抗ＲＳ１と抵抗ＲＳ２とを総称して本実施の形態では定電流値設定回路２７と称する。
【００３０】
前述のダイオードＤは、アノード側が定電流源３７に接続され、カソードが定電流源３６及び入力検知回路２０の出力及び端子３０ｄに接続されている。
【００３１】
更に、比較器３８は、一方の入力端を端子３０ｅ及びボルテージフォロワ２４に接続している。
【００３２】
さらに、本カスタムＩＣの端子３０ｄには抵抗ＲＳａとコンデンサＣとからなる直列回路が接続されている。この抵抗ＲＳａとコンデンサＣとの接続点は本カスタムＩＣの端子３０ｅに接続されている。
【００３３】
この抵抗ＲＳａとコンデンサＣとを総称して本実施の形態ではソフトスタート設定回路２５と称している。
【００３４】
上記のように構成されたカスタムＩＣ化されたモータ制御装置１０について以下に動作を図３の波形図を用いて説明する。
【００３５】
例えば、図３の（ａ）に示す回転指示信号がカスタムＩＣ化されたモータ制御装置１０の端子３０ａに入力すると、入力検出回路２０の比較器４４が基準電源（例えば４Ｖ、１０％に相当）と比較し、基準電源以下のときは出力を高インピーダンス状態にする。これによって、ソフトスタート回路２２は、外付けされている定電流値設定回路２７の抵抗ＲＳ２に基づく電流ＩＳ１を端子３０ｄを介してソフトスタート設定回路２５に流す。
【００３６】
すなわち、回転指示信号のレベルが１０％以上になったときにコンデンサＣが外付けの抵抗Ｒｓａを介して抵抗ＲＳ１に基づく電流ＩＳ１で充電される。
【００３７】
このときのソフトスタート時間設定回路２５のコンデンサＣの電圧がソフトスタート回路２２の出力回路２４によって電流増幅される。すなわち、回転指示信号の入力初期においては、図３の（ｂ）に示すように、ソフトスタート波形は、コンデンサＣに電流ＩＳ１が蓄積されて行くときの電圧が出力回路２４から送出されるから折れ線１の範囲の傾斜をもった波形となる。
【００３８】
また、コンデンサＣの電圧はソフトスタート回路２２の比較器３８の一方の入力端に入力し、この比較器３８が基準電源（例えば６Ｖ、１０％に相当）と比較し、コンデンサＣの電圧が基準電源以上になっている間は、出力を高インピーダンス状態にする。
【００３９】
これによって、ソフトスタート設定回路２５には定電流ＩＳ１と、外付けの抵抗ＲＳ２に基づく電流ＩＳ２とを加算した加算電流が流れてコンデンサＣに充電される。
【００４０】
すなわち、ソフトスタート波形は、コンデンサＣが例えば０．６Ｖ（回転指示信号の１５％に相当）程度になると、図３の（ｂ）に示すように、定電流ＩＳ１と定電流ＩＳ２との加算電流が流れることになるので、出力回路２４の出力波形は折れ線１よりは傾斜が急激な折れ線２となる。
【００４１】
つまり、ＦＡＮ回転指示信号の入力初期においては、定電流値設定回路２７の抵抗ＲＳ１に基づく電流ＩＳ１を抵抗Ｒｓａ及びコンデンサＣからなるソフトスタート時間設定回路２５に流すことによって、序々に立ち上がって行く折れ線１の範囲の傾斜のソフトスタート波形を得た後に、定電流値設定回路２７の抵抗ＲＳ２に基づく電流ＩＳ２を電流ＩＳ１に加算した加算電流を抵抗Ｒｓａを介してコンデンサＣに充電させることによって折れ線２の傾斜の範囲のソフトスタート波形を得ている。
【００４２】
従って、モータ特性が変わった場合に、折れ線１の傾斜をそのまま維持し、折れ線２の傾斜を変更する必要があるときは、定電流値設定回路２７の外付けの抵抗ＲＳ２だけを取り替えるだけでよい。
【００４３】
なお、外付けの抵抗ＲＳ１、ＲＳ２、抵抗Ｒｓａ、コンデンサＣ、全てを変更してモータの特性に合わせたスタート動作を得るようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態のブラシレスモータのモータ制御装置の概略構成図である。
【図２】ブラシレスモータの本体部の構成図である。
【図３】実施の形態の動作を説明するための波形図である。
【図４】従来の空調制御装置の概略構成図である。
【図５】ＦＡＮ指示信号を説明する説明図である。
【符号の説明】
１０モータ制御装置
２０入力検知回路
２２ソフトスタート回路
２４出力回路
２５ソフトスタート時間設定回路
２７定電流値設定回路

Claims

外部と内部とを接続させるための複数の端子（３０ａ、３０ｂ…）を設け、目標回転信号とモータ本体部に設けられた複数のホール素子（ＩＣ１、ＩＣ２、ＩＣ３）からの検出信号とから複数相の駆動パルス毎のデュティ比の制御信号を得て前記モータ本体部の回転子を回転させるブラシレスモータのモータ制御装置において、
第１の端子（３０ｂ）に外付けされた第１の抵抗（ＲＳ１）と、
第２の端子（３０ｃ）に外付けされた第２の抵抗（ＲＳ２）と、
第３の端子（３０ｄ）に外付けされた第３の抵抗（Ｒｓａ）と、
前記第３の抵抗（Ｒｓａ）に直列接続され、この接続点が前記第４の端子（３０ｅ）に接続されたコンデンサ（Ｃ）と、
第５の端子（３０ａ）から回転指示信号を入力して基準値とを比較し、前記回転指示信号が前記基準値を越えているときは、出力を高インピーダンス状態にする入力検知回路（２０）と、
前記第１の抵抗（ＲＳ１）の値に基づく第１の定電流（ＩＳ１）又は前記第２の抵抗（ＲＳ２）に基づく定電流（ＩＳ２）との加算電流のいずれかを前記入力検知回路（２０）の出力状態に応じて前記第３の端子（３０ｄ）を介して、前記コンデンサ（Ｃ）に充電させ、次第に増加又は該増加の傾斜より急な傾斜となったソフトスタート波形を前記目標回転信号とするソフトスタート回路（２２）とを有することを特徴とするブラシレスモータのソフトスタート機能付きモータ制御装置。
前記ソフトスタート回路は、
前記第４の端子（３０ｅ）に一方を基準電源に、出力を前記第２の定電流源（ＩＳ２）に接続し、第４の端子（３０ｅ）の電位が基準以下のときは前記第１の定電流（ＩＳ１）を第３の抵抗（Ｒｓａ）介して前記コンデンサ（Ｃ）に充電させ、また基準を越えたときは、出力を高インピーダンス状態にして前記定電流（ＩＳ２）を前記第１の定電流（ＩＳ１）に強制的に加算させることを特徴とする請求項１記載のブラシレスモータのソフトスタート機能付きモータ制御装置。
前記入力検知回路（２０）及び前記ソフトスタート回路は集積化されていることを特徴とする請求項１又は２記載のブラシレスモータのソフトスタート機能付きモータ制御装置。