JP4203329B2 - モータの制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブラシレスDCモータと交流誘導モータにおける制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
ブラシレスDCモータ(以下、単にモータという)の駆動装置としては、モータを回転駆動させる駆動電流を供給するインバータ回路と、この駆動電流が電流制限値を越えた時に過電流と判断する過電流検出回路とを有したものがある(特許文献1)。
【0003】
【特許文献1】
特開平7−312826
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなモータの制御装置においては、モータの回転数を検出するために、モータ内部のホールICからの信号に基づいて、パルスジェネレータ回路が回転数に応じたパルス状の回転数信号を、インバータ回路を制御する制御回路や、外部のマイコンに出力している。
【0005】
上記で説明したインバータ回路、過電流検出回路、パルスジェネレータ回路、制御回路は一つの半導体集積回路に集積され、1個のICチップとなって、例えばモータがモールドモータの場合には固定子と共にその内部にモールドされている。このモータドライブICに外部のマイコンから速度指令信号を出力することにより、モータを回転駆動している。
【0006】
この場合に、外部のマイコンから速度指令信号を出力する場合には、このモータドライブICからパルスジェネレータ回路で生成された回転数信号をフィードバックさせている。これによって、外部のマイコンはモータが今どのような状態で回転しているかを判別することができる。
【0007】
しかしながら、このモータドライブICの出力端子は、前記したように回転数信号のみ出力する機能しか有しないため、回転をしているか否かの判別は可能であるが、その状態がロックをされて過電流の状態になっているか否かの判断を行うことができない。
【0008】
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、モータの制御装置が半導体集積回路によって構成されている場合に、その出力端子から回転数信号以外の信号も出力できるようにして、外部から見て過電流状態か否かを判別することができるモータの制御装置を提供するものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、ブラシレスDCモータの固定子巻線へ駆動電流を出力するためのスイッチング素子から構成されるインバータ回路と、前記ブラシレスDCモータの回転子の回転状態を検知する位置検出素子からの位置検出信号に基づいて回転数に関する回転数信号を出力する回転数出力回路と、前記駆動電流が過電流の時に過電流検出信号を出力する過電流検出回路と、少なくとも前記位置検出信号と前記過電流検出信号と外部からの速度指令信号とから前記インバータ回路をPWM制御する制御回路と、を少なくとも含む半導体集積回路から構成されるモータの制御装置において、前記半導体集積回路は判定回路を含み、前記制御回路は、前記過電流検出信号が入力した時に前記インバータ回路及び前記判定回路へ停止信号を出力し、前記回転数出力回路は、前記判定回路へ前記回転数信号を出力し、前記判定回路は、前記停止信号が入力している時は外部へ前記停止信号を出力し、前記停止信号が入力していない時は前記回転数信号を外部へ出力することを特徴とするモータの制御装置である。
【0010】
請求項2の発明は、前記ブラシレスDCモータがU相、V相、W相からなる三相の固定子巻線を有し、前記インバータ回路は、6個のスイッチング素子であるスイッチングトランジスタから構成され、この6個のスイッチングトランジスタの中で第1の上側のスイッチングトランジスタのエミッタ端子に第1の下側のスイッチングトランジスタのコレクタ端子が接続されて、この接続点から前記U相の固定子巻線へ駆動電流を出力し、また、第2の上側のスイッチングトランジスタのエミッタ端子に第2の下側のスイッチングトランジスタのコレクタ端子が接続されて、この接続点から前記V相の固定子巻線へ駆動電流を出力し、さらに、第3の上側のスイッチングトランジスタのエミッタ端子に第3の下側のスイッチングトランジスタのコレクタ端子が接続されて、この接続点から前記W相の固定子巻線へ駆動電流を出力し、前記制御回路は、前記第1から前記第3の上側のスイッチングトランジスタのベース端子に制御信号を出力する上アーム駆動回路と、前記第1から前記第3の下側のスイッチングトランジスタのベース端子に制御信号を出力する下アーム駆動回路を有し、前記停止信号は、前記第1から前記第3の上側のスイッチングトランジスタをリセットする上アームリセット信号であり、前記上アーム駆動回路から前記第1から前記第3の上側のスイッチングトランジスタへ前記上アームリセット信号を出力することを特徴とする請求項1記載のモータの制御装置である。
【0011】
請求項3の発明は、前記ブラシレスDCモータがU相、V相、W相からなる三相の固定子巻線を有し、前記インバータ回路は、6個のスイッチング素子であるFETから構成され、この6個のFETの中で第1の上側のFETのソース端子に第1の下側のFETのドレイン端子が接続されて、この接続点から前記U相の固定子巻線へ駆動電流を出力し、また、第2の上側のFETのソース端子に第2の下側のFETのドレイン端子が接続されて、この接続点から前記V相の固定子巻線へ駆動電流を出力し、さらに、第3の上側のFETのソース端子に第3の下側のFETのドレイン端子が接続されて、この接続点から前記W相の固定子巻線へ駆動電流を出力し、前記制御回路は、前記第1から前記第3の上側のFETのベース端子に制御信号を出力する上アーム駆動回路と、前記第1から前記第3の下側のFETのベース端子に制御信号を出力する下アーム駆動回路を有し、前記停止信号は、前記第1から前記第3の上側のFETをリセットする上アームリセット信号であり、前記上アーム駆動回路から前記第1から前記第3の上側のFETへ前記上アームリセット信号を出力することを特徴とする請求項1記載のモータの制御装置である。
【0012】
請求項4の発明は、交流誘導モータの固定子巻線へ駆動電流を出力するためのスイッチング素子から構成されるインバータ回路と、前記交流誘導モータの回転数を検知して回転数信号を出力する回転数出力回路と、前記駆動電流が過電流の時に過電流検出信号を出力する過電流検出回路と、少なくとも前記過電流検出信号と外部からの速度指令信号とから前記インバータ回路をPWM制御する制御回路と、を少なくとも含む半導体集積回路から構成されるモータの制御装置において、前記半導体集積回路は判定回路を含み、前記制御回路は、前記過電流検出信号が入力した時に前記インバータ回路及び前記判定回路へ停止信号を出力し、前記回転数出力回路は、前記判定回路へ前記回転数信号を出力し、前記判定回路は、前記停止信号が入力している時は外部へ前記停止信号を出力し、前記停止信号が入力していない時は前記回転数信号を外部へ出力することを特徴とするモータの制御装置である。
【0013】
【作 用】
請求項1の発明であると、判定回路は停止信号が入力している時は外部へ停止信号を出力し、停止信号が入力していない時は回転数信号を外部へ出力するため、例えば外部においてマイコンでモータの制御装置を制御する場合に、停止信号が入力している時は、モータが過電流状態であることを検知することができる。また、出力端子は、回転数信号を出力する端子と共有になっているため、その構造が簡単となる。
【0014】
請求項2,3の発明であると、停止信号として上アームリセット信号を出力する。
【0015】
請求項4の発明においても、請求項1と同様の効果を有する。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図1に基づいて説明する。
【0017】
(1)ブラシレスDCモータ10の構成
本実施形態は、ブラシレスDCモータ(以下、モータという)10の制御装置であって、1個の半導体集積回路で構成されたモータドライブIC(以下、単にICという)12となっている。
【0018】
このIC12は、外部に設けられたマイコン14からのアナログ出力である速度指令信号VSPによって制御されるものである。このモータ10の用途としては、例えばエアーコンディショナーのモータとして用い、マイコン14はこのエアーコンディショナーの制御装置に該当するものである。
【0019】
モータ10は、U相、V相、W相の三相からなる固定子巻線16U、16V、16Wを有し、またその回転子の回転状態を検知する3個のホールIC18を有している。
【0020】
IC12は、インバータ回路20と、制御回路22と、過電流検出回路24と速度指令回路26と回転数検出回路28と判定回路30とより構成されている。
【0021】
(2)インバータ回路20の構成
インバータ回路20は、6個のスイッチングトランジスタTr1〜Tr6より構成されている。
【0022】
第1の上側のスイッチングトランジスタTr1のエミッタ端子に第1の下側のスイッチングトランジスタTr2のコレクタ端子が接続されて、この接続点からU相の固定子巻線16Uへ駆動電流を出力する。
【0023】
第2の上側のスイッチングトランジスタTr3のエミッタ端子に第2の下側のスイッチングトランジスタTr4のコレクタ端子が接続されて、この接続点からV相の固定子巻線16Vへ駆動電流を出力する。
【0024】
第3の上側のスイッチングトランジスタTr5のエミッタ端子に第3の下側のスイッチングトランジスタTr6のコレクタ端子が接続されて、この接続点からW相の固定子巻線16Wへ駆動電流を出力する。
【0025】
これら6個のスイッチングトランジスタTr1〜Tr6のエミッタ端子とコレクタ端子との間には、逆電流が流れるのを防止するためのダイオードD1〜D6がそれぞれ接続されている。
【0026】
上側の3個のトランジスタTr1,Tr3,Tr5のコレクタ端子には、IC12の外部に設けられた直流電源VSから入力端子54を通じて電圧が供給されている。
【0027】
下側のスイッチングトランジスタTr2,Tr4,Tr6のエミッタ端子は一つになり出力端子GHを通じてIC12の入力端子53に接続され、かつ、抵抗RSを通じて接地されている。
【0028】
(3)過電流検出回路24の構成
過電流検出回路は、前記の3個の下側のスイッチングトランジスタTr2,Tr4,Tr6からの出力をコンパレータのプラス端子に入力し、マイナス端子には直流電源Vrefが入力されている。このコンパレータ32の出力である過電流検出信号は制御回路22に出力される。
【0029】
(4)速度指令回路26の構成
速度指令回路26は、マイコン14からのアナログ出力である速度指令信号VSPが入力端子55から入力すると、抵抗Rを介してコンパレータ34のプラス端子に入力される。一方、コンパレータ34のマイナス端子には、三角波発振回路36からの出力が基準信号として入力する。なお、この三角波発振回路36からの信号が制御回路22のクロック信号となる。そして、コンパレータ34からの速度信号が制御回路22に出力される。
【0030】
(5)回転数検出回路28の構成
回転数検出回路28は、3個のホールIC18から入力した信号をシュミットトリガ回路38に入力し、これら3個のシュミットトリガ回路38からのトリガ信号を制御回路22に出力し、また、回転数出力回路40にも出力する。
【0031】
回転数出力回路40は、パルスジェネレータ回路であり、3個のシュミットトリガ回路38からのトリガ信号に基づいて、モータ10の回転数に応じたパルス状の回転数信号PGを出力する。
【0032】
(6)制御回路22の構成
制御回路22は、三相分配回路42と上アーム駆動回路44と下アーム駆動回路46とから構成されている。
【0033】
三相分配回路42には、過電流検出回路24のコンパレータ32からの過電流検出信号が入力し、速度指令回路26のコンパレータ34からの速度指令信号が入力し、更に、3個のシュミットトリガ回路38から回転数に関する信号が入力する。そして、三相分配回路42はこれらの信号に基づいて速度信号に応じた回転数でモータ10を回転させるために、上アーム駆動回路44と下アーム駆動回路46とを制御する。上アーム駆動回路44と下アーム駆動回路46は、スイッチングトランジスタTr1〜Tr6をPWM制御するための制御信号を各スイッチングトランジスタTr1〜Tr6のベース端子に出力する。
【0034】
そして、過電流検出回路24から過電流検出信号が入力すると、モータ10の回転を停止させるために、上アーム駆動回路44に上アームリセット信号RG(例えば、20Hzのパルス信号)を出力する。これによって、上アーム駆動回路44は、上側の3個のトランジスタTr1,Tr3,Tr5をリセットする。一方、この上アームリセット信号RGは判定回路30にも出力される。
【0035】
(7)判定回路30の構成
判定回路30においては、回転数出力回路40からの回転数信号PGと三相分配回路42からの上アームリセット信号RGが入力する。そして、上アームリセット信号RGが入力していない時は、常に回転数信号PGを出力端子48からマイコン14に出力し、上アームリセット信号RGが入力した時は、回転数信号PGを出力せず、この上アームリセット信号を出力端子48からマイコン14に出力する。なお、この回転数信号PGと上アームリセット信号RGとの周波数は異なるものとしておく。
【0036】
(8)その他の構成
IC12を駆動させるための駆動電圧VCC(例えば、15V)が入力するための電圧端子50と、各回路のグランドをとるためのグランド端子52が設けられている。
【0037】
(9)IC12の動作状態
上記構成のIC12の動作に基づいてモータ10を制御する場合について説明する。
【0038】
正常な状態でモータ10が回転している場合には、マイコン14からの速度指令信号VSPに基づいて制御回路22がPWM制御を行ってインバータ回路20から三相の固定子巻線16に駆動電流が出力されモータ10が回転する。そして、このモータ10の回転子の回転数に応じてホールICがその位置を検出して、回転数検出回路28がその回転数を制御回路22に出力する。制御回路22では、この信号に基づいて速度指令信号に応じた回転数で常にモータ10が回転するようにフィードバック制御を行う。一方、判定回路30では、回転数出力回路40から出力された回転数信号PGを出力端子48からマイコン14に出力している。
【0039】
ところが、何らかの原因でモータ10にロックがかかり、駆動電流が過電流になった場合には、過電流検出回路24から過電流検出信号が三相分配回路42に出力される。すると、三相分配回路42は上アーム駆動回路44へ上アームリセット信号RGを出力してモータ10の回転を止めると共に、この上アームリセット信号RGを判定回路30に出力する。判定回路30では、この上アームリセット信号RGが入力したため、回転数信号PGに代えて上アームリセット信号RGを出力端子48からマイコン14に出力する。マイコン14では回転数信号PGに代えて上アームリセット信号RGが入力したため、モータ10がロックされ過電流状態であることを検知することができるので、速度指令信号を変化させて回転を停止させるように制御を行う。
【0040】
上記構成のIC12であると、一つの出力端子48から回転数信号PGとアームリセット信号RGが出力することができるので、マイコン14ではモータ10の回転数の状態だけでなく過電流か否かの情報も検出することができる。そして、従来と同様に一つの出力端子48から2つの信号がでることができるので、従来とその構造を変えずに実用化することができる。
【0041】
(変更例1)
上記実施形態では、インバータ回路20に設けられているスイッチング素子としてはスイッチングトランジスタを設けたが、これに代えてFETを用いてもよい。
【0042】
(変更例2)
上記実施形態ではブラシレスDCモータの制御装置について説明したが、これに代えて交流誘導モータの制御装置においても実現することができる。
【0043】
すなわち、交流誘導モータの制御装置を1個の半導体集積回路で構成し、この半導体集積回路にはインバータ回路と回転数出力回路と、過電流検出回路と、PWM制御を行う制御回路等を構成し、更に、上記実施形態と同様に判定回路を形成する。
【0044】
交流誘導モータにおいては、ホールICによって位置検出を行う必要がなく、制御回路からの制御状態によって回転数出力回路がその回転数を検知するので、回転数出力回路はその検知した信号を判定回路へ出力する。
【0045】
一方、制御回路は過電流検出回路から過電流検出信号が入力した時にインバータ回路及び判定回路へモータの停止信号を出力する。
【0046】
判定回路では、停止信号が入力している時はマイコンなどの外部の装置へ停止信号を出力し、停止信号が入力していない時は通常と同様に回転数信号を出力するものである。
【0047】
この変更例であっても、上記実施形態と同様に一つの出力端子から回転数信号と停止信号を出力することができる。
【0048】
【発明の効果】
本発明のモータの制御装置であると、半導体集積回路の一つの出力端子からモータの回転数信号と、停止信号が外部にあるマイコンなどへ出力することができるので、外部のマイコン等においてはモータの回転数のみならず、そのモータが過負荷で過電流状態であるかも検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を示すモータの制御装置の回路図である。
【符号の説明】
10 モータ
12 モータドライブIC
14 マイコン
16 固定子巻線
18 ホールIC
20 インバータ回路
22 制御回路
24 過電流検出回路
26 速度指令回路
28 回転数検出回路
30 判定回路
48 出力端子
Claims (4)
- ブラシレスDCモータの固定子巻線へ駆動電流を出力するためのスイッチング素子から構成されるインバータ回路と、
前記ブラシレスDCモータの回転子の回転状態を検知する位置検出素子からの位置検出信号に基づいて回転数に関する回転数信号を出力する回転数出力回路と、
前記駆動電流が過電流の時に過電流検出信号を出力する過電流検出回路と、
少なくとも前記位置検出信号と前記過電流検出信号と外部からの速度指令信号とから前記インバータ回路をPWM制御する制御回路と、
を少なくとも含む半導体集積回路から構成されるモータの制御装置において、
前記半導体集積回路は判定回路を含み、
前記制御回路は、前記過電流検出信号が入力した時に前記インバータ回路及び前記判定回路へ停止信号を出力し、
前記回転数出力回路は、前記判定回路へ前記回転数信号を出力し、
前記判定回路は、前記停止信号が入力している時は外部へ前記停止信号を出力し、前記停止信号が入力していない時は前記回転数信号を外部へ出力する
ことを特徴とするモータの制御装置。 - 前記ブラシレスDCモータがU相、V相、W相からなる三相の固定子巻線を有し、
前記インバータ回路は、6個のスイッチング素子であるスイッチングトランジスタから構成され、
この6個のスイッチングトランジスタの中で第1の上側のスイッチングトランジスタのエミッタ端子に第1の下側のスイッチングトランジスタのコレクタ端子が接続されて、この接続点から前記U相の固定子巻線へ駆動電流を出力し、
また、第2の上側のスイッチングトランジスタのエミッタ端子に第2の下側のスイッチングトランジスタのコレクタ端子が接続されて、この接続点から前記V相の固定子巻線へ駆動電流を出力し、
さらに、第3の上側のスイッチングトランジスタのエミッタ端子に第3の下側のスイッチングトランジスタのコレクタ端子が接続されて、この接続点から前記W相の固定子巻線へ駆動電流を出力し、
前記制御回路は、前記第1から前記第3の上側のスイッチングトランジスタのベース端子に制御信号を出力する上アーム駆動回路と、前記第1から前記第3の下側のスイッチングトランジスタのベース端子に制御信号を出力する下アーム駆動回路を有し、
前記停止信号は、前記第1から前記第3の上側のスイッチングトランジスタをリセットする上アームリセット信号であり、前記上アーム駆動回路から前記第1から前記第3の上側のスイッチングトランジスタへ前記上アームリセット信号を出力する
ことを特徴とする請求項1記載のモータの制御装置。 - 前記ブラシレスDCモータがU相、V相、W相からなる三相の固定子巻線を有し、
前記インバータ回路は、6個のスイッチング素子であるFETから構成され、
この6個のFETの中で第1の上側のFETのソース端子に第1の下側のFETのドレイン端子が接続されて、この接続点から前記U相の固定子巻線へ駆動電流を出力し、
また、第2の上側のFETのソース端子に第2の下側のFETのドレイン端子が接続されて、この接続点から前記V相の固定子巻線へ駆動電流を出力し、
さらに、第3の上側のFETのソース端子に第3の下側のFETのドレイン端子が接続されて、この接続点から前記W相の固定子巻線へ駆動電流を出力し、
前記制御回路は、前記第1から前記第3の上側のFETのベース端子に制御信号を出力する上アーム駆動回路と、前記第1から前記第3の下側のFETのベース端子に制御信号を出力する下アーム駆動回路を有し、
前記停止信号は、前記第1から前記第3の上側のFETをリセットする上アームリセット信号であり、前記上アーム駆動回路から前記第1から前記第3の上側のFETへ前記上アームリセット信号を出力する
ことを特徴とする請求項1記載のモータの制御装置。 - 交流誘導モータの固定子巻線へ駆動電流を出力するためのスイッチング素子から構成されるインバータ回路と、
前記交流誘導モータの回転数を検知して回転数信号を出力する回転数出力回路と、
前記駆動電流が過電流の時に過電流検出信号を出力する過電流検出回路と、
少なくとも前記過電流検出信号と外部からの速度指令信号とから前記インバータ回路をPWM制御する制御回路と、
を少なくとも含む半導体集積回路から構成されるモータの制御装置において、
前記半導体集積回路は判定回路を含み、
前記制御回路は、前記過電流検出信号が入力した時に前記インバータ回路及び前記判定回路へ停止信号を出力し、
前記回転数出力回路は、前記判定回路へ前記回転数信号を出力し、
前記判定回路は、前記停止信号が入力している時は外部へ前記停止信号を出力し、前記停止信号が入力していない時は前記回転数信号を外部へ出力する
ことを特徴とするモータの制御装置。
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