JP4576739B2 - ポンプ用モータ駆動制御装置 - Google Patents
ポンプ用モータ駆動制御装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4576739B2 JP4576739B2 JP2001103249A JP2001103249A JP4576739B2 JP 4576739 B2 JP4576739 B2 JP 4576739B2 JP 2001103249 A JP2001103249 A JP 2001103249A JP 2001103249 A JP2001103249 A JP 2001103249A JP 4576739 B2 JP4576739 B2 JP 4576739B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- signal
- motor drive
- pwm
- generation circuit
- pump
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エアコン、給湯機などの家電機器に使用され、効率の良いＰＷＭ制御で能力可変をするＤＣブラシレスモータ（ポンプ用モータ）を駆動制御するポンプ用モータ駆動制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＰＷＭ制御を用いて能力可変するＤＣブラシレスモータの駆動制御において、従来、そのＰＷＭ信号発生回路は、三角波信号とアナログ信号とをコンパレータ（比較器）に入力し、その出力信号でＰＷＭ信号を得ていた。この従来の技術を図７〜図１１を用いて説明する。
【０００３】
図７は、従来のポンプ用モータ駆動制御装置を示す回路図であり、従来のＰＷＭ信号発生回路を用いたものである。
【０００４】
図７において、１０１は複数相のモータ駆動コイル（モータ巻線）１０２に電気を給電するための直流電源、１０４はモータの回転子（マグネットロータ）１０３の磁極位置を検出して磁極位置検出信号を出力する複数個の磁極位置検出素子、１０５は磁極位置検出信号の示す磁極位置により各モータ駆動コイル１０２への通電切替え信号を発生する通電切替え回路、１０６は各モータ駆動コイル１０２と一方の給電線路（電源１０１のプラス側）との間に設けられた第１のスイッチング素子群、１０７は各モータ駆動コイル１０２と他方の給電線路（電源１０１のマイナス側）との間に設けられた第２のスイッチング素子群、１０８はモータにより駆動されるポンプの吐出圧力（以下単に、「圧力」という）を検出して検出信号を出力する圧力検出器、１０９は圧力検出器１０８からの検出信号を入力し、ＰＷＭのパルス幅を決定するアナログ信号を発生し、設定された目標圧力もしくは目標流量に制御する圧力制御部、１１１Ａは各モータ駆動コイル１０２への給電指令信号をパルス幅に応じたＰＷＭ信号として出力するＰＷＭ信号発生回路であり、ＰＷＭ信号発生回路１１１Ａは、三角波信号を発生する三角波発生回路２０１と、圧力制御部１０９からのアナログ信号と三角波信号とを比較する比較回路１１４とを有する。なお、１０８は圧力検出器、１０９は圧力制御部としたが、１０８を流量検出器、１０９を流量制御部としてもよい。この場合、制御対象は、目標圧力でなく目標流量となる。
【０００５】
このように構成されたポンプ用モータ駆動制御装置について、その動作等を説明する。
【０００６】
図７において、直流電源１０１からモータ巻線１０２に電流が流れることによって発生する磁界とマグネットロータ１０３の磁界との吸引・反発の磁力によりモータの回転トルクが発生する。この時、一定回転方向に効率良く回転トルクを発生するために、マグネットの磁極位置を検出する磁極位置検出素子１０４をモータ巻線１０２のスロット間の適当な位置に配置する。通電切替え回路１０５は、磁極位置検出素子１０４の出力信号を受け、どのモータ巻線１０２のどちら方向に電流を流すと効率良く一定方向に回転トルクを発生するかを判断する。ここで図７においては、通電切替え回路１０５の出力信号に合わせ、モータ巻線１０２のどの端子に直流電源１０１の＋極を接続するかを決めるスイッチング動作を行う第１のスイッチング素子群１０６と、モータ巻線１０２のどの端子に直流電源１０１の−極を接続するかを決めるスイッチング動作を行う第２のスイッチング素子群１０７とを設けている。また、ポンプ用モータで駆動されるポンプの能力を制御する為に、圧力検出器１０８を設け、圧力を検出する。圧力制御部１０９は、圧力検出器１０８からの検出信号を受け、現在の圧力を検知し、目標の圧力になるようにＰＩＤ制御等を使う。圧力制御部１０９は圧力を制御する為、駆動モータの能力をかえるアナログ信号の指令値１１０を出力する。実際にモータの能力を可変にする為の駆動制御は、第１のスイッチング素子群１０６に入力する信号を生成する際に、通電切替え回路１０５内でＰＷＭ信号をかけ合わせ、第１のスイッチング素子群１０６が給電期間を調整することで実施する。
【０００７】
次に、このＰＷＭ信号の発生方法を説明する。このＰＷＭ信号はＰＷＭ信号発生回路１１１Ａ内で発生させる。ＰＷＭ信号発生回路１１１Ａ内では、ある周期（数ｋＨｚ程度）の三角波信号を発生する三角波発生回路２０１を設けている。比較回路１１４は、三角波発生回路２０１の出力信号である三角波信号２０２とアナログ信号の指令値１１０と電圧の比較を行い、比較結果としてのＰＷＭ信号を出力する。
【０００８】
図８は従来のＰＷＭ信号発生回路１１１Ａのポイントである三角波発生回路２０１の回路を示す回路図である。
【０００９】
図８において、２０３は方形波発振を行う比較器、２０４は積分動作を行う積分器、２０５、２０６は抵抗器、２０７はコンデンサである。
【００１０】
図８において、まず、比較器２０３の出力端子からある周波数の方形波が出力される。その方形波の出力信号を積分器２０４で積分し、三角波信号に変換して出力する。また、三角波信号を正帰還抵抗器２０５を介し、比較器２０３に正帰還する。この正帰還抵抗器２０５の抵抗値により三角波信号の振幅を調整する。また、三角波信号の周波数は、積分時定数用抵抗器２０６および積分時定数用コンデンサ２０７のそれぞれの値にて調整する。一般的には周波数として、数ｋＨｚ程度に設定する。また、比較器２０３の−極の入力の分圧抵抗器は、一般的に、電源電圧である＋ＰＷＲの半分の電圧になるように同じ抵抗値にする。
【００１１】
図９（ａ）〜（ｃ）は従来のＰＷＭ信号発生回路１１１Ａの各部位における信号波形を示す波形図である。
【００１２】
図９において、ＰＷＭ信号発生回路１１１Ａ内の各ポイントにおける電気波形について説明する。三角波発生回路２０１の出力は、ほぼ対称な三角波信号２０２のような波形が出力される。三角波信号２０２とある期間一定の大きさの電圧をもつアナログ信号の指令値１１０とが、比較回路１１４に入力される。比較回路１１４は電圧の大きさを比較し、その結果「Ｈ」と「Ｌ」の幅が決定され、比較回路出力信号１３３となって出力される。この比較回路出力信号１３３に基づいて通電切替え回路１０５にて反転信号が生成され、この反転信号が第１のスイッチング素子群１０６のオンオフ信号となる。このオンオフ信号がＰＷＭ信号１３４として、駆動モータの能力を可変する。
【００１３】
図１０は、従来のＰＷＭ信号発生回路１１１Ａを使った場合で、アナログ信号発生として３ｂｉｔ（８ポイント）のＤ／Ａ変換手段を用いた場合の３ｂｉｔ信号に対するＰＷＭ信号のデューティ比の関係を表したグラフであり、図１１は、図１０の３ｂｉｔのデータを用いた場合で、各３ｂｉｔデータに対するポンプ出力のＰＷＭデューティ比１００％出力に対する割合を表したグラフである。但し、ポンプの効率がほぼ一定とした場合である。
【００１４】
図１０、図１１において、アナログ信号の指令値１１０とＰＷＭデューティ比及びポンプ用モータの負荷となるポンプの出力比の関係をそれぞれ説明する。ＰＷＭ信号発生回路１１１Ａにおいて三角波信号２０２を使用する場合、アナログ信号とＰＷＭデューティ比は特性線１３５のようにリニアな関係となる。目標のＰＷＭデューティ比が決定される場合は、アナログ信号の指令値１１０の大きさは、簡単な式にて一意的に決定される。また、同じアナログ信号の大きさのステップであれば、ＰＷＭデューティ比のステップの大きさも同じになる特徴がある。例えば、図１０のように３ｂｉｔのデジタルデータをＤ／Ａ変換してアナログ信号を発生させる場合、１ｂｉｔ当りのデューティ比はほぼ１４％というように、アナログ信号の全範囲において同じデューティ比のステップとなる。しかし、ポンプを負荷とした場合、アナログ信号の指令値１１０に対するＰＷＭデューティ比１００％時のポンプ出力との比の関係においては、特性線１３７のように非線形の関係になる特徴がある。特にアナログ信号に対しリニアなポンプ出力比との違いは、線形の特性線１３９で示すように、大きいところで２５％程度にもなる。また、図１１のように３ｂｉｔのデジタルデータをＤ／Ａ変換してアナログ信号を発生させる場合、１ｂｉｔ当りのポンプ出力比の飛びは、定格点（ＰＷＭデューティ比が１００％のポンプ出力）付近で最も大きく、２７％にもなる（平均では１４％程度）。そのため、目標のポンプ出力が決定されている時に、簡単な式にてアナログ信号の指令値を一意的に決定できない。またポンプの場合、定格点（ＰＷＭデューティ比が１００％のポンプ出力）付近の分解能が特に必要になるが、定格点付近での制御性が悪くなる。なぜなら、同じＰＷＭデューティ比１％の違いでも、ＰＷＭデューティ比が大きいところ程ポンプ出力が変わるからである。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来のポンプ用モータ駆動制御装置では、指令のアナログ信号とＰＷＭ信号のデューティ比は線形の関係にあるが、それ故にアナログ信号とポンプ出力とは非線形の関係となり、特に制御性が要求されるポンプ定格点付近での制御分解能が大きく、制御性が悪い為、アナログ信号のステップ数を増大する高価な部品を必要とするという問題点を有していた。また、制御対象である圧力もしくは流量を目標値に制御するには、一般的にＰＩＤ制御等の技術を使って制御するが、特に目標の圧力もしくは流量が現在の圧力もしくは流量とかけ離れている場合、制御の応答性が悪いという課題を有していた。
【００１６】
このポンプ用モータ駆動制御装置では、アナログ信号のステップ数を決定するＤ／Ａ変換の性能を上げることなく（Ｄ／Ａ変換を安価にして）ポンプの定格点付近での制御分解能を小さくすることができ、また、アナログ信号とポンプ出力とをほぼリニアな関係にすることにより、目標ポンプ出力から指令アナログ信号を一意的に決定でき、一般的ＰＩＤ制御より応答性のよいポンプ用モータ駆動制御を行うことができることが要求されている。
【００１７】
本発明は、アナログ信号のステップ数を決定するＤ／Ａ変換の性能を上げることなくポンプの定格点付近での制御分解能を小さくすることができ、また、アナログ信号とポンプ出力とをほぼリニアな関係にすることにより、目標ポンプ出力から指令アナログ信号を一意的に決定でき、一般的ＰＩＤ制御より応答性のよいポンプ用モータ駆動制御を行うことができるポンプ用モータ駆動制御装置を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明のポンプ用モータ駆動制御装置は、モータを回転駆動するための複数相のモータ駆動コイルと、各モータ駆動コイルに一方と他方の給電線路を介して電気を給電する電源と、各モータ駆動コイルと一方の給電線路との間に設けられた第１のスイッチング素子群と、各モータ駆動コイルと他方の給電線路との間に設けられた第２のスイッチング素子群と、モータの回転子の磁極位置を検出して磁極位置検出信号を出力する複数個の磁極位置検出素子と、磁極位置検出信号の示す磁極位置により各モータ駆動コイルへの通電切替え信号を発生する通電切替え回路と、各モータ駆動コイルへの給電指令信号をパルス幅に応じたＰＷＭ信号として出力するＰＷＭ信号発生回路とを有するポンプ用モータ駆動制御装置であって、モータにより駆動されるポンプの圧力もしくは流量を検出して検出信号を出力する圧力検出器もしくは流量検出器と、検出信号を入力し、ＰＷＭのパルス幅を決定するアナログ信号を発生して、設定された目標圧力もしくは目標流量に制御する圧力制御部もしくは流量制御部とを備え、ＰＷＭ信号発生回路は、ＰＷＭのキャリア周波数に対応する周波数の正弦波信号を発生する正弦波発生回路と、正弦波発生回路からの正弦波信号の絶対値信号を発生する絶対値発生回路と、アナログ信号と絶対値信号とを比較する比較回路とを有する構成を備えている。
【００１９】
これにより、アナログ信号のステップ数を決定するＤ／Ａ変換の性能を上げることなくポンプの定格点付近での制御分解能を小さくすることができ、また、アナログ信号とポンプ出力とをほぼリニアな関係にすることにより、目標ポンプ出力から指令アナログ信号を一意的に決定でき、一般的ＰＩＤ制御より応答性のよいポンプ用モータ駆動制御を行うことができるポンプ用モータ駆動制御装置が得られる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載されたポンプ用モータ駆動制御装置は、モータを回転駆動するための複数相のモータ駆動コイルと、各モータ駆動コイルに一方と他方の給電線路を介して電気を給電する電源と、各モータ駆動コイルと一方の給電線路との間に設けられた第１のスイッチング素子群と、各モータ駆動コイルと他方の給電線路との間に設けられた第２のスイッチング素子群と、モータの回転子の磁極位置を検出して磁極位置検出信号を出力する複数個の磁極位置検出素子と、磁極位置検出信号の示す磁極位置により各モータ駆動コイルへの通電切替え信号を発生する通電切替え回路と、各モータ駆動コイルへの給電指令信号をパルス幅に応じたＰＷＭ信号として出力するＰＷＭ信号発生回路とを有するポンプ用モータ駆動制御装置であって、モータにより駆動されるポンプの圧力もしくは流量を検出して検出信号を出力する圧力検出器もしくは流量検出器と、検出信号を入力し、ＰＷＭのパルス幅を決定するアナログ信号を発生して、設定された目標圧力もしくは目標流量に制御する圧力制御部もしくは流量制御部とを備え、ＰＷＭ信号発生回路は、ＰＷＭのキャリア周波数に対応する周波数の正弦波信号を発生する正弦波発生回路と、正弦波発生回路からの正弦波信号の絶対値信号を発生する絶対値発生回路と、アナログ信号と絶対値信号とを比較する比較回路とを有することとしたものである。
【００２１】
この構成により、正弦波発生回路からの正弦波信号の絶対値信号と圧力制御部もしくは流量制御部からのアナログ信号とを比較するようにしたので、アナログ信号に対するＰＷＭデューティ比の関係をアナログ信号が小さいときにはＰＷＭデューティ比が大きく変化し、アナログ信号が大きいときにはＰＷＭデューティ比が小さく変化するようにすることができ、モータで駆動されるポンプの出力の全範囲においてアナログ信号とポンプの出力との関係をほぼリニアにすることができるので、アナログ信号の少ない電圧ステップ数で、ポンプ定格点付近での制御分解能を小さくすることができるという作用を有する。また、ポンプ出力の全範囲においてアナログ信号とポンプ出力との関係がほぼリニアになる為、制御対象である目標圧力もしくは目標流量から目標ポンプ出力を演算することで指令値であるアナログ信号を一意的に決定することができ、一般的なＰＩＤ制御よりも応答性の良い制御を実現することができるという作用を有する。
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図６を用いて説明する。
【００２３】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１によるポンプ用モータ駆動制御装置を示す回路図である。
【００２４】
図１において、直流電源１０１、モータ駆動コイル１０２、マグネットロータ１０３、磁極位置検出素子１０４、通電切替え回路１０５、スイッチング路、スイッチング素子群１０６、１０７、圧力検出器１０８、圧力制御部１０９、比較回路１１４は図７と同様のものなので、同一符号を付し、説明は省略する。１１１は各モータ駆動コイル１０２への給電指令信号をパルス幅に応じたＰＷＭ信号として出力するＰＷＭ信号発生回路であり、このＰＷＭ信号発生回路１１１は、ＰＷＭのキャリア周波数に対応する周波数（数ｋＨｚ程度）の正弦波信号を発生する正弦波発生回路１１２と、正弦波発生回路１１２からの正弦波信号を全波整流して絶対値信号を発生する絶対値発生回路１１３と、アナログ信号１１０と絶対値信号１３１とを比較する比較回路１１４とを有する。この比較回路１１４の出力信号がＰＷＭ信号（給電指令信号）となる。
【００２５】
このように構成されたポンプ用モータ駆動制御装置について、それを構成する正弦波発生回路１１２と正弦波信号の絶対値信号を発生する絶対値発生回路１１３とを図２、図３を用いて説明する。図２は正弦波発生回路１１２を示す回路図であり、図３は絶対値発生回路１１３を示す回路図である。
【００２６】
まず図２の正弦波発生回路１１２について説明する。図２において、１１５ａ、１１５ｂは微分回路用アンプ、１１６は積分時定数用抵抗器、１１７は積分時定数用コンデンサ、１１８ａ、１１８ｂは微分時定数用抵抗器、１１９ａ、１１９ｂは微分時定数用コンデンサである。このように正弦波発生回路１１２は、微分回路用アンプ１１５ａ、１１５ｂとその微分時定数用抵抗器１１８ａ、１１８ｂとその微分時定数用コンデンサ１１９ａ、１１９ｂとで構成される微分回路と、積分時定数用抵抗器１１６および積分時定数用コンデンサ１１７から成るフィードバック回路とで構成され、これによりマルチバイブレータとしての発振動作を行う。また、微分時定数は微分時定数用抵抗器１１８ａ、ｂおよび微分時定数用コンデンサ１１９ａ、ｂの各値の積に２×πを掛けた値となり、積分時定数は積分時定数用抵抗器１１６および積分時定数用コンデンサ１１７の各値の積に２×πを掛けた値となる。したがって、結果として、バンドパスフィルタの動作をし、各時定数で決まる周波数のみが信号となって発生する。各時定数（微分及び積分）をほぼ同じ値に設定すると、その周波数の正弦波が発生する。
【００２７】
次に図３の絶対値発生回路１１３について説明する。図３において、１２０は半波整流用アンプ、１２１は加算用アンプ、１２２〜１２６は入出力直線性用抵抗器、１２７、１２８は位相補正用コンデンサである。
【００２８】
図３に示す絶対値発生回路１１３は、その前段は半波整流用アンプ１２０で、周囲の抵抗器、コンデンサ、ダイオードを使って半波整流回路を構成している。また、後段の加算用アンプ１２１は、周囲の抵抗器、コンデンサで反転増幅回路を構成している。半波整流用アンプ１２０は、絶対値発生回路１１３の入力信号が＋電圧の場合は入力信号を反転して出力するが、−電圧の場合は０Ｖを出力する。加算用アンプ１２１は、半波整流用アンプ１２０が−の出力信号の場合は、その出力信号を反転して出力する。また絶対値発生回路１１３の入力信号が−電圧の場合は、半波整流回路１２０の出力は０Ｖであるが、加算用アンプ１２１は、絶対値発生回路１１３の入力信号を直接受けて、反転して＋の出力を行い、結果として絶対値発生回路１１３の入力信号に対し、絶対値変換することになる。また、抵抗器１２２〜１２６は入出力の直線性を決める。その抵抗値は、抵抗器１２３〜１２６の抵抗値を抵抗器１２２の抵抗値の２倍に設定する。更にコンデンサ１２７と１２８は位相補正用で、５ｐＦ程度に設定する。
【００２９】
図４（ａ）〜（ｄ）は、図１のポンプ用モータ駆動制御装置の各部位の信号波形を示す波形図である。正弦波発生回路１１２は、ほぼ対称な正弦波信号１３０を出力する。また、この正弦波信号１３０は、ＧＮＤ（０Ｖ）を基準に−及び＋側に対称に振れる。この正弦波信号１３０は、絶対値発生回路１１３に入力され、絶対値信号に変換される。つまり、一般にいわれる全波整流された正弦波絶対値信号１３１のようになって出力される。この正弦波絶対値信号１３１はＧＮＤ（０Ｖ）を基準に＋側のみで振られる。そこで、正弦波絶対値信号１３１とある期間一定の大きさの電圧をもつアナログ信号の指令値１１０とが、比較回路１１４に入力される。比較回路１１４は、電圧の大きさを比較し、その結果「Ｈ」と「Ｌ」の幅を決定し、比較回路出力信号（ＰＷＭ信号）１３３となって出力する。比較回路出力信号１３３に基づいて通電切替え回路１０５にて反転信号が生成され、この反転信号が第１のスイッチング素子群１０６のオン、オフ信号となり、ＰＷＭ信号１３４として、駆動モータの能力を可変する。
【００３０】
図５は指令アナログ信号に対するＰＷＭデューティ比を示すグラフであり、図６は指令アナログ信号に対するポンプ出力比を示すグラフである。この図５、図６を用いて、本実施の形態におけるＰＷＭ信号発生回路１１１を使い、アナログ信号発生として３ｂｉｔのＤ／Ａ変換手段を用いた場合の３ｂｉｔ信号に対するＰＷＭ信号のデューティ比の関係及びポンプ出力のＰＷＭデューティ比１００％出力に対する割合の関係について説明する。ＰＷＭ信号発生回路１１１として正弦波絶対値信号１３１を使用する場合、アナログ信号とＰＷＭデューティ比は特性線１３６のように非線形な関係となる。アナログ信号の指令値１１０の大きさが大きくなるとＰＷＭデューティ比も大きくなるが、アナログ信号が大きくなるにつれて、アナログ信号１ｂｉｔあたりのＰＷＭデューティ比の増減分（分解能）が小さくなる特徴がある。図５に示すように、３ｂｉｔのデジタルデータをＤ／Ａ変換してアナログ信号を発生させる場合、デジタルデータが０から１に（０．０の点から略０．１５の点に）信号が変わると、デューティ比はほぼ３４％変わるが、デジタルデータが６から７に（略０．８５の点から略１．０の点に）変わるとデューティ比はほぼ９％しか変わらないことになる。しかし、ポンプをポンプ用モータの負荷とした場合、図６のように、アナログ信号の指令値１１０に対するＰＷＭデューティ比１００％時のポンプ出力との比の関係においては、特性線１３７のようにほぼ線形の関係になる特徴がある。特にアナログ信号に対しリニアなポンプ出力比を示す特性線１３９との違いは、大きいところでも５％程度しかない。また図６のように、３ｂｉｔのデジタルデータをＤ／Ａ変換してアナログ信号を発生させる場合、１ｂｉｔ当りのポンプ出力比の飛びは、ほぼ１２〜１７％でリニアな関係の場合の１４％に非常に近い。そのため、目標のポンプ出力が決定されている時に、簡単な式にてアナログ信号の指令値を一意的に決定できる。またポンプの場合、定格点（ＰＷＭデューティ比が１００％のポンプ出力）付近の分解能が特に必要になるが、今までの三角波信号方式より、定格点付近での制御性が非常によくなる。なぜなら同じＰＷＭデューティ比全範囲において、デューティ比１％の違いに対するポンプ出力の違いがほぼ同じであるからである。
【００３１】
なお、本実施の形態では制御対象を目標圧力としたが、本発明はこれに限らず、制御対象を目標流量としてもよい。この場合は１０８と１０９は流量検出器と流量制御部となる。
【００３２】
以上のように本実施の形態によれば、モータを回転駆動するための複数相のモータ駆動コイル１０２と、各モータ駆動コイル１０２に一方と他方の給電線路を介して電気を給電する電源１０１と、各モータ駆動コイル１０２と一方の給電線路との間に設けられた第１のスイッチング素子群１０６と、各モータ駆動コイル１０２と他方の給電線路との間に設けられた第２のスイッチング素子群１０７と、モータの回転子の磁極位置を検出して磁極位置検出信号を出力する複数個の磁極位置検出素子１０４と、磁極位置検出信号の示す磁極位置により各モータ駆動コイル１０２への通電切替え信号を発生する通電切替え回路１０５と、各モータ駆動コイル１０２への給電指令信号をパルス幅に応じたＰＷＭ信号として出力するＰＷＭ信号発生回路１１１とを有するポンプ用モータ駆動制御装置であって、モータにより駆動されるポンプの圧力もしくは流量を検出して検出信号を出力する圧力検出器１０８もしくは流量検出器と、検出信号を入力し、ＰＷＭのパルス幅を決定するアナログ信号を発生して、設定された目標圧力もしくは目標流量に制御する圧力制御部１０９もしくは流量制御部とを備え、ＰＷＭ信号発生回路１１１は、ＰＷＭのキャリア周波数に対応する周波数の正弦波信号を発生する正弦波発生回路１１２と、正弦波発生回路１１２からの正弦波信号の絶対値信号を発生する絶対値発生回路１１３と、アナログ信号と絶対値信号とを比較する比較回路１１４とを有することにより、正弦波発生回路１１２からの正弦波信号の絶対値信号と圧力制御部１０９もしくは流量制御部からのアナログ信号とを比較するようにしたので、アナログ信号に対するＰＷＭデューティ比の関係をアナログ信号が小さいときにはＰＷＭデューティ比が大きく変化し、アナログ信号が大きいときにはＰＷＭデューティ比が小さく変化するようにすることができ、モータで駆動されるポンプの出力の全範囲においてアナログ信号とポンプの出力との関係をほぼリニアにすることができるので、アナログ信号の少ない電圧ステップ数で、ポンプ定格点付近での制御分解能を小さくすることができる。また、ポンプ出力の全範囲においてアナログ信号とポンプ出力との関係がほぼリニアになる為、制御対象である目標圧力もしくは目標流量から目標ポンプ出力を演算することで指令値であるアナログ信号を一意的に決定することができ、一般的なＰＩＤ制御よりも応答性の良い制御を実現することができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の請求項１に記載のポンプ用モータ駆動制御装置によれば、モータを回転駆動するための複数相のモータ駆動コイルと、各モータ駆動コイルに一方と他方の給電線路を介して電気を給電する電源と、各モータ駆動コイルと一方の給電線路との間に設けられた第１のスイッチング素子群と、各モータ駆動コイルと他方の給電線路との間に設けられた第２のスイッチング素子群と、モータの回転子の磁極位置を検出して磁極位置検出信号を出力する複数個の磁極位置検出素子と、磁極位置検出信号の示す磁極位置により各モータ駆動コイルへの通電切替え信号を発生する通電切替え回路と、各モータ駆動コイルへの給電指令信号をパルス幅に応じたＰＷＭ信号として出力するＰＷＭ信号発生回路とを有するポンプ用モータ駆動制御装置であって、モータにより駆動されるポンプの圧力もしくは流量を検出して検出信号を出力する圧力検出器もしくは流量検出器と、検出信号を入力し、ＰＷＭのパルス幅を決定するアナログ信号を発生して、設定された目標圧力もしくは目標流量に制御する圧力制御部もしくは流量制御部とを備え、ＰＷＭ信号発生回路は、ＰＷＭのキャリア周波数に対応する周波数の正弦波信号を発生する正弦波発生回路と、正弦波発生回路からの正弦波信号の絶対値信号を発生する絶対値発生回路と、アナログ信号と絶対値信号とを比較する比較回路とを有することにより、正弦波発生回路からの正弦波信号の絶対値信号と圧力制御部もしくは流量制御部からのアナログ信号とを比較するようにしたので、アナログ信号に対するＰＷＭデューティ比の関係をアナログ信号が小さいときにはＰＷＭデューティ比が大きく変化し、アナログ信号が大きいときにはＰＷＭデューティ比が小さく変化するようにすることができ、モータで駆動されるポンプの出力の全範囲においてアナログ信号とポンプの出力との関係をほぼリニアにすることができるので、アナログ信号の少ない電圧ステップ数で、ポンプ定格点付近での制御分解能を小さくすることができるという有利な効果が得られる。また、ポンプ出力の全範囲においてアナログ信号とポンプ出力との関係がほぼリニアになる為、制御対象である目標圧力もしくは目標流量から目標ポンプ出力を演算することで指令値であるアナログ信号を一意的に決定することができ、一般的なＰＩＤ制御よりも応答性の良い制御を実現することができるという有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１によるポンプ用モータ駆動制御装置を示す回路図
【図２】正弦波発生回路を示す回路図
【図３】絶対値発生回路を示す回路図
【図４】（ａ）図１のポンプ用モータ駆動制御装置の各部位の信号波形を示す波形図
（ｂ）図１のポンプ用モータ駆動制御装置の各部位の信号波形を示す波形図
（ｃ）図１のポンプ用モータ駆動制御装置の各部位の信号波形を示す波形図
（ｄ）図１のポンプ用モータ駆動制御装置の各部位の信号波形を示す波形図
【図５】指令アナログ信号に対するＰＷＭデューティ比を示すグラフ
【図６】指令アナログ信号に対するポンプ出力比を示すグラフ
【図７】従来のポンプ用モータ駆動制御装置を示す回路図
【図８】従来のＰＷＭ信号発生回路のポイントである三角波発生回路の回路を示す回路図
【図９】（ａ）従来のＰＷＭ信号発生回路の各部位における信号波形を示す波形図
（ｂ）従来のＰＷＭ信号発生回路の各部位における信号波形を示す波形図
（ｃ）従来のＰＷＭ信号発生回路の各部位における信号波形を示す波形図
【図１０】従来のＰＷＭ信号発生回路を使った場合で、アナログ信号発生として３ｂｉｔ（８ポイント）のＤ／Ａ変換手段を用いた場合の３ｂｉｔ信号に対するＰＷＭ信号のデューティ比の関係を表したグラフ
【図１１】図１０の３ｂｉｔのデータを用いた場合で、各３ｂｉｔデータに対するポンプ出力のＰＷＭデューティ比１００％出力に対する割合を表したグラフ
【符号の説明】
１０１ 直流電源
１０２ モータ巻線
１０３ マグネットロータ
１０４ 磁極位置検出素子
１０５ 通電切替え回路
１０６ 第１のスイッチング素子群
１０７ 第２のスイッチング素子群
１０８ 圧力検出器
１０９ 圧力制御部
１１１ ＰＷＭ信号発生回路
１１２ 正弦波発生回路
１１３ 絶対値変換回路
１１４ 比較回路
１１５ａ、１１５ｂ 微分回路用アンプ
１１６ 積分時定数用抵抗器
１１７ 積分時定数用コンデンサ
１１８ａ、１１８ｂ 微分時定数用抵抗器
１１９ａ、１１９ｂ 微分時定数用コンデンサ
１２０ 半波整流用アンプ
１２１ 加算用アンプ
１２２、１２３、１２４、１２５、１２６ 入出力直線性用抵抗器
１２７、１２８ 位相補正用コンデンサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、エアコン、給湯機などの家電機器に使用され、効率の良いＰＷＭ制御で能力可変をするＤＣブラシレスモータ（ポンプ用モータ）を駆動制御するポンプ用モータ駆動制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＰＷＭ制御を用いて能力可変するＤＣブラシレスモータの駆動制御において、従来、そのＰＷＭ信号発生回路は、三角波信号とアナログ信号とをコンパレータ（比較器）に入力し、その出力信号でＰＷＭ信号を得ていた。この従来の技術を図７〜図１１を用いて説明する。
【０００３】
図７は、従来のポンプ用モータ駆動制御装置を示す回路図であり、従来のＰＷＭ信号発生回路を用いたものである。
【０００４】
図７において、１０１は複数相のモータ駆動コイル（モータ巻線）１０２に電気を給電するための直流電源、１０４はモータの回転子（マグネットロータ）１０３の磁極位置を検出して磁極位置検出信号を出力する複数個の磁極位置検出素子、１０５は磁極位置検出信号の示す磁極位置により各モータ駆動コイル１０２への通電切替え信号を発生する通電切替え回路、１０６は各モータ駆動コイル１０２と一方の給電線路（電源１０１のプラス側）との間に設けられた第１のスイッチング素子群、１０７は各モータ駆動コイル１０２と他方の給電線路（電源１０１のマイナス側）との間に設けられた第２のスイッチング素子群、１０８はモータにより駆動されるポンプの吐出圧力（以下単に、「圧力」という）を検出して検出信号を出力する圧力検出器、１０９は圧力検出器１０８からの検出信号を入力し、ＰＷＭのパルス幅を決定するアナログ信号を発生し、設定された目標圧力もしくは目標流量に制御する圧力制御部、１１１Ａは各モータ駆動コイル１０２への給電指令信号をパルス幅に応じたＰＷＭ信号として出力するＰＷＭ信号発生回路であり、ＰＷＭ信号発生回路１１１Ａは、三角波信号を発生する三角波発生回路２０１と、圧力制御部１０９からのアナログ信号と三角波信号とを比較する比較回路１１４とを有する。なお、１０８は圧力検出器、１０９は圧力制御部としたが、１０８を流量検出器、１０９を流量制御部としてもよい。この場合、制御対象は、目標圧力でなく目標流量となる。
【０００５】
このように構成されたポンプ用モータ駆動制御装置について、その動作等を説明する。
【０００６】
図７において、直流電源１０１からモータ巻線１０２に電流が流れることによって発生する磁界とマグネットロータ１０３の磁界との吸引・反発の磁力によりモータの回転トルクが発生する。この時、一定回転方向に効率良く回転トルクを発生するために、マグネットの磁極位置を検出する磁極位置検出素子１０４をモータ巻線１０２のスロット間の適当な位置に配置する。通電切替え回路１０５は、磁極位置検出素子１０４の出力信号を受け、どのモータ巻線１０２のどちら方向に電流を流すと効率良く一定方向に回転トルクを発生するかを判断する。ここで図７においては、通電切替え回路１０５の出力信号に合わせ、モータ巻線１０２のどの端子に直流電源１０１の＋極を接続するかを決めるスイッチング動作を行う第１のスイッチング素子群１０６と、モータ巻線１０２のどの端子に直流電源１０１の−極を接続するかを決めるスイッチング動作を行う第２のスイッチング素子群１０７とを設けている。また、ポンプ用モータで駆動されるポンプの能力を制御する為に、圧力検出器１０８を設け、圧力を検出する。圧力制御部１０９は、圧力検出器１０８からの検出信号を受け、現在の圧力を検知し、目標の圧力になるようにＰＩＤ制御等を使う。圧力制御部１０９は圧力を制御する為、駆動モータの能力をかえるアナログ信号の指令値１１０を出力する。実際にモータの能力を可変にする為の駆動制御は、第１のスイッチング素子群１０６に入力する信号を生成する際に、通電切替え回路１０５内でＰＷＭ信号をかけ合わせ、第１のスイッチング素子群１０６が給電期間を調整することで実施する。
【０００７】
次に、このＰＷＭ信号の発生方法を説明する。このＰＷＭ信号はＰＷＭ信号発生回路１１１Ａ内で発生させる。ＰＷＭ信号発生回路１１１Ａ内では、ある周期（数ｋＨｚ程度）の三角波信号を発生する三角波発生回路２０１を設けている。比較回路１１４は、三角波発生回路２０１の出力信号である三角波信号２０２とアナログ信号の指令値１１０と電圧の比較を行い、比較結果としてのＰＷＭ信号を出力する。
【０００８】
図８は従来のＰＷＭ信号発生回路１１１Ａのポイントである三角波発生回路２０１の回路を示す回路図である。
【０００９】
図８において、２０３は方形波発振を行う比較器、２０４は積分動作を行う積分器、２０５、２０６は抵抗器、２０７はコンデンサである。
【００１０】
図８において、まず、比較器２０３の出力端子からある周波数の方形波が出力される。その方形波の出力信号を積分器２０４で積分し、三角波信号に変換して出力する。また、三角波信号を正帰還抵抗器２０５を介し、比較器２０３に正帰還する。この正帰還抵抗器２０５の抵抗値により三角波信号の振幅を調整する。また、三角波信号の周波数は、積分時定数用抵抗器２０６および積分時定数用コンデンサ２０７のそれぞれの値にて調整する。一般的には周波数として、数ｋＨｚ程度に設定する。また、比較器２０３の−極の入力の分圧抵抗器は、一般的に、電源電圧である＋ＰＷＲの半分の電圧になるように同じ抵抗値にする。
【００１１】
図９（ａ）〜（ｃ）は従来のＰＷＭ信号発生回路１１１Ａの各部位における信号波形を示す波形図である。
【００１２】
図９において、ＰＷＭ信号発生回路１１１Ａ内の各ポイントにおける電気波形について説明する。三角波発生回路２０１の出力は、ほぼ対称な三角波信号２０２のような波形が出力される。三角波信号２０２とある期間一定の大きさの電圧をもつアナログ信号の指令値１１０とが、比較回路１１４に入力される。比較回路１１４は電圧の大きさを比較し、その結果「Ｈ」と「Ｌ」の幅が決定され、比較回路出力信号１３３となって出力される。この比較回路出力信号１３３に基づいて通電切替え回路１０５にて反転信号が生成され、この反転信号が第１のスイッチング素子群１０６のオンオフ信号となる。このオンオフ信号がＰＷＭ信号１３４として、駆動モータの能力を可変する。
【００１３】
図１０は、従来のＰＷＭ信号発生回路１１１Ａを使った場合で、アナログ信号発生として３ｂｉｔ（８ポイント）のＤ／Ａ変換手段を用いた場合の３ｂｉｔ信号に対するＰＷＭ信号のデューティ比の関係を表したグラフであり、図１１は、図１０の３ｂｉｔのデータを用いた場合で、各３ｂｉｔデータに対するポンプ出力のＰＷＭデューティ比１００％出力に対する割合を表したグラフである。但し、ポンプの効率がほぼ一定とした場合である。
【００１４】
図１０、図１１において、アナログ信号の指令値１１０とＰＷＭデューティ比及びポンプ用モータの負荷となるポンプの出力比の関係をそれぞれ説明する。ＰＷＭ信号発生回路１１１Ａにおいて三角波信号２０２を使用する場合、アナログ信号とＰＷＭデューティ比は特性線１３５のようにリニアな関係となる。目標のＰＷＭデューティ比が決定される場合は、アナログ信号の指令値１１０の大きさは、簡単な式にて一意的に決定される。また、同じアナログ信号の大きさのステップであれば、ＰＷＭデューティ比のステップの大きさも同じになる特徴がある。例えば、図１０のように３ｂｉｔのデジタルデータをＤ／Ａ変換してアナログ信号を発生させる場合、１ｂｉｔ当りのデューティ比はほぼ１４％というように、アナログ信号の全範囲において同じデューティ比のステップとなる。しかし、ポンプを負荷とした場合、アナログ信号の指令値１１０に対するＰＷＭデューティ比１００％時のポンプ出力との比の関係においては、特性線１３７のように非線形の関係になる特徴がある。特にアナログ信号に対しリニアなポンプ出力比との違いは、線形の特性線１３９で示すように、大きいところで２５％程度にもなる。また、図１１のように３ｂｉｔのデジタルデータをＤ／Ａ変換してアナログ信号を発生させる場合、１ｂｉｔ当りのポンプ出力比の飛びは、定格点（ＰＷＭデューティ比が１００％のポンプ出力）付近で最も大きく、２７％にもなる（平均では１４％程度）。そのため、目標のポンプ出力が決定されている時に、簡単な式にてアナログ信号の指令値を一意的に決定できない。またポンプの場合、定格点（ＰＷＭデューティ比が１００％のポンプ出力）付近の分解能が特に必要になるが、定格点付近での制御性が悪くなる。なぜなら、同じＰＷＭデューティ比１％の違いでも、ＰＷＭデューティ比が大きいところ程ポンプ出力が変わるからである。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来のポンプ用モータ駆動制御装置では、指令のアナログ信号とＰＷＭ信号のデューティ比は線形の関係にあるが、それ故にアナログ信号とポンプ出力とは非線形の関係となり、特に制御性が要求されるポンプ定格点付近での制御分解能が大きく、制御性が悪い為、アナログ信号のステップ数を増大する高価な部品を必要とするという問題点を有していた。また、制御対象である圧力もしくは流量を目標値に制御するには、一般的にＰＩＤ制御等の技術を使って制御するが、特に目標の圧力もしくは流量が現在の圧力もしくは流量とかけ離れている場合、制御の応答性が悪いという課題を有していた。
【００１６】
このポンプ用モータ駆動制御装置では、アナログ信号のステップ数を決定するＤ／Ａ変換の性能を上げることなく（Ｄ／Ａ変換を安価にして）ポンプの定格点付近での制御分解能を小さくすることができ、また、アナログ信号とポンプ出力とをほぼリニアな関係にすることにより、目標ポンプ出力から指令アナログ信号を一意的に決定でき、一般的ＰＩＤ制御より応答性のよいポンプ用モータ駆動制御を行うことができることが要求されている。
【００１７】
本発明は、アナログ信号のステップ数を決定するＤ／Ａ変換の性能を上げることなくポンプの定格点付近での制御分解能を小さくすることができ、また、アナログ信号とポンプ出力とをほぼリニアな関係にすることにより、目標ポンプ出力から指令アナログ信号を一意的に決定でき、一般的ＰＩＤ制御より応答性のよいポンプ用モータ駆動制御を行うことができるポンプ用モータ駆動制御装置を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明のポンプ用モータ駆動制御装置は、モータを回転駆動するための複数相のモータ駆動コイルと、各モータ駆動コイルに一方と他方の給電線路を介して電気を給電する電源と、各モータ駆動コイルと一方の給電線路との間に設けられた第１のスイッチング素子群と、各モータ駆動コイルと他方の給電線路との間に設けられた第２のスイッチング素子群と、モータの回転子の磁極位置を検出して磁極位置検出信号を出力する複数個の磁極位置検出素子と、磁極位置検出信号の示す磁極位置により各モータ駆動コイルへの通電切替え信号を発生する通電切替え回路と、各モータ駆動コイルへの給電指令信号をパルス幅に応じたＰＷＭ信号として出力するＰＷＭ信号発生回路とを有するポンプ用モータ駆動制御装置であって、モータにより駆動されるポンプの圧力もしくは流量を検出して検出信号を出力する圧力検出器もしくは流量検出器と、検出信号を入力し、ＰＷＭのパルス幅を決定するアナログ信号を発生して、設定された目標圧力もしくは目標流量に制御する圧力制御部もしくは流量制御部とを備え、ＰＷＭ信号発生回路は、ＰＷＭのキャリア周波数に対応する周波数の正弦波信号を発生する正弦波発生回路と、正弦波発生回路からの正弦波信号の絶対値信号を発生する絶対値発生回路と、アナログ信号と絶対値信号とを比較する比較回路とを有する構成を備えている。
【００１９】
これにより、アナログ信号のステップ数を決定するＤ／Ａ変換の性能を上げることなくポンプの定格点付近での制御分解能を小さくすることができ、また、アナログ信号とポンプ出力とをほぼリニアな関係にすることにより、目標ポンプ出力から指令アナログ信号を一意的に決定でき、一般的ＰＩＤ制御より応答性のよいポンプ用モータ駆動制御を行うことができるポンプ用モータ駆動制御装置が得られる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載されたポンプ用モータ駆動制御装置は、モータを回転駆動するための複数相のモータ駆動コイルと、各モータ駆動コイルに一方と他方の給電線路を介して電気を給電する電源と、各モータ駆動コイルと一方の給電線路との間に設けられた第１のスイッチング素子群と、各モータ駆動コイルと他方の給電線路との間に設けられた第２のスイッチング素子群と、モータの回転子の磁極位置を検出して磁極位置検出信号を出力する複数個の磁極位置検出素子と、磁極位置検出信号の示す磁極位置により各モータ駆動コイルへの通電切替え信号を発生する通電切替え回路と、各モータ駆動コイルへの給電指令信号をパルス幅に応じたＰＷＭ信号として出力するＰＷＭ信号発生回路とを有するポンプ用モータ駆動制御装置であって、モータにより駆動されるポンプの圧力もしくは流量を検出して検出信号を出力する圧力検出器もしくは流量検出器と、検出信号を入力し、ＰＷＭのパルス幅を決定するアナログ信号を発生して、設定された目標圧力もしくは目標流量に制御する圧力制御部もしくは流量制御部とを備え、ＰＷＭ信号発生回路は、ＰＷＭのキャリア周波数に対応する周波数の正弦波信号を発生する正弦波発生回路と、正弦波発生回路からの正弦波信号の絶対値信号を発生する絶対値発生回路と、アナログ信号と絶対値信号とを比較する比較回路とを有することとしたものである。
【００２１】
この構成により、正弦波発生回路からの正弦波信号の絶対値信号と圧力制御部もしくは流量制御部からのアナログ信号とを比較するようにしたので、アナログ信号に対するＰＷＭデューティ比の関係をアナログ信号が小さいときにはＰＷＭデューティ比が大きく変化し、アナログ信号が大きいときにはＰＷＭデューティ比が小さく変化するようにすることができ、モータで駆動されるポンプの出力の全範囲においてアナログ信号とポンプの出力との関係をほぼリニアにすることができるので、アナログ信号の少ない電圧ステップ数で、ポンプ定格点付近での制御分解能を小さくすることができるという作用を有する。また、ポンプ出力の全範囲においてアナログ信号とポンプ出力との関係がほぼリニアになる為、制御対象である目標圧力もしくは目標流量から目標ポンプ出力を演算することで指令値であるアナログ信号を一意的に決定することができ、一般的なＰＩＤ制御よりも応答性の良い制御を実現することができるという作用を有する。
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図６を用いて説明する。
【００２３】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１によるポンプ用モータ駆動制御装置を示す回路図である。
【００２４】
図１において、直流電源１０１、モータ駆動コイル１０２、マグネットロータ１０３、磁極位置検出素子１０４、通電切替え回路１０５、スイッチング路、スイッチング素子群１０６、１０７、圧力検出器１０８、圧力制御部１０９、比較回路１１４は図７と同様のものなので、同一符号を付し、説明は省略する。１１１は各モータ駆動コイル１０２への給電指令信号をパルス幅に応じたＰＷＭ信号として出力するＰＷＭ信号発生回路であり、このＰＷＭ信号発生回路１１１は、ＰＷＭのキャリア周波数に対応する周波数（数ｋＨｚ程度）の正弦波信号を発生する正弦波発生回路１１２と、正弦波発生回路１１２からの正弦波信号を全波整流して絶対値信号を発生する絶対値発生回路１１３と、アナログ信号１１０と絶対値信号１３１とを比較する比較回路１１４とを有する。この比較回路１１４の出力信号がＰＷＭ信号（給電指令信号）となる。
【００２５】
このように構成されたポンプ用モータ駆動制御装置について、それを構成する正弦波発生回路１１２と正弦波信号の絶対値信号を発生する絶対値発生回路１１３とを図２、図３を用いて説明する。図２は正弦波発生回路１１２を示す回路図であり、図３は絶対値発生回路１１３を示す回路図である。
【００２６】
まず図２の正弦波発生回路１１２について説明する。図２において、１１５ａ、１１５ｂは微分回路用アンプ、１１６は積分時定数用抵抗器、１１７は積分時定数用コンデンサ、１１８ａ、１１８ｂは微分時定数用抵抗器、１１９ａ、１１９ｂは微分時定数用コンデンサである。このように正弦波発生回路１１２は、微分回路用アンプ１１５ａ、１１５ｂとその微分時定数用抵抗器１１８ａ、１１８ｂとその微分時定数用コンデンサ１１９ａ、１１９ｂとで構成される微分回路と、積分時定数用抵抗器１１６および積分時定数用コンデンサ１１７から成るフィードバック回路とで構成され、これによりマルチバイブレータとしての発振動作を行う。また、微分時定数は微分時定数用抵抗器１１８ａ、ｂおよび微分時定数用コンデンサ１１９ａ、ｂの各値の積に２×πを掛けた値となり、積分時定数は積分時定数用抵抗器１１６および積分時定数用コンデンサ１１７の各値の積に２×πを掛けた値となる。したがって、結果として、バンドパスフィルタの動作をし、各時定数で決まる周波数のみが信号となって発生する。各時定数（微分及び積分）をほぼ同じ値に設定すると、その周波数の正弦波が発生する。
【００２７】
次に図３の絶対値発生回路１１３について説明する。図３において、１２０は半波整流用アンプ、１２１は加算用アンプ、１２２〜１２６は入出力直線性用抵抗器、１２７、１２８は位相補正用コンデンサである。
【００２８】
図３に示す絶対値発生回路１１３は、その前段は半波整流用アンプ１２０で、周囲の抵抗器、コンデンサ、ダイオードを使って半波整流回路を構成している。また、後段の加算用アンプ１２１は、周囲の抵抗器、コンデンサで反転増幅回路を構成している。半波整流用アンプ１２０は、絶対値発生回路１１３の入力信号が＋電圧の場合は入力信号を反転して出力するが、−電圧の場合は０Ｖを出力する。加算用アンプ１２１は、半波整流用アンプ１２０が−の出力信号の場合は、その出力信号を反転して出力する。また絶対値発生回路１１３の入力信号が−電圧の場合は、半波整流回路１２０の出力は０Ｖであるが、加算用アンプ１２１は、絶対値発生回路１１３の入力信号を直接受けて、反転して＋の出力を行い、結果として絶対値発生回路１１３の入力信号に対し、絶対値変換することになる。また、抵抗器１２２〜１２６は入出力の直線性を決める。その抵抗値は、抵抗器１２３〜１２６の抵抗値を抵抗器１２２の抵抗値の２倍に設定する。更にコンデンサ１２７と１２８は位相補正用で、５ｐＦ程度に設定する。
【００２９】
図４（ａ）〜（ｄ）は、図１のポンプ用モータ駆動制御装置の各部位の信号波形を示す波形図である。正弦波発生回路１１２は、ほぼ対称な正弦波信号１３０を出力する。また、この正弦波信号１３０は、ＧＮＤ（０Ｖ）を基準に−及び＋側に対称に振れる。この正弦波信号１３０は、絶対値発生回路１１３に入力され、絶対値信号に変換される。つまり、一般にいわれる全波整流された正弦波絶対値信号１３１のようになって出力される。この正弦波絶対値信号１３１はＧＮＤ（０Ｖ）を基準に＋側のみで振られる。そこで、正弦波絶対値信号１３１とある期間一定の大きさの電圧をもつアナログ信号の指令値１１０とが、比較回路１１４に入力される。比較回路１１４は、電圧の大きさを比較し、その結果「Ｈ」と「Ｌ」の幅を決定し、比較回路出力信号（ＰＷＭ信号）１３３となって出力する。比較回路出力信号１３３に基づいて通電切替え回路１０５にて反転信号が生成され、この反転信号が第１のスイッチング素子群１０６のオン、オフ信号となり、ＰＷＭ信号１３４として、駆動モータの能力を可変する。
【００３０】
図５は指令アナログ信号に対するＰＷＭデューティ比を示すグラフであり、図６は指令アナログ信号に対するポンプ出力比を示すグラフである。この図５、図６を用いて、本実施の形態におけるＰＷＭ信号発生回路１１１を使い、アナログ信号発生として３ｂｉｔのＤ／Ａ変換手段を用いた場合の３ｂｉｔ信号に対するＰＷＭ信号のデューティ比の関係及びポンプ出力のＰＷＭデューティ比１００％出力に対する割合の関係について説明する。ＰＷＭ信号発生回路１１１として正弦波絶対値信号１３１を使用する場合、アナログ信号とＰＷＭデューティ比は特性線１３６のように非線形な関係となる。アナログ信号の指令値１１０の大きさが大きくなるとＰＷＭデューティ比も大きくなるが、アナログ信号が大きくなるにつれて、アナログ信号１ｂｉｔあたりのＰＷＭデューティ比の増減分（分解能）が小さくなる特徴がある。図５に示すように、３ｂｉｔのデジタルデータをＤ／Ａ変換してアナログ信号を発生させる場合、デジタルデータが０から１に（０．０の点から略０．１５の点に）信号が変わると、デューティ比はほぼ３４％変わるが、デジタルデータが６から７に（略０．８５の点から略１．０の点に）変わるとデューティ比はほぼ９％しか変わらないことになる。しかし、ポンプをポンプ用モータの負荷とした場合、図６のように、アナログ信号の指令値１１０に対するＰＷＭデューティ比１００％時のポンプ出力との比の関係においては、特性線１３７のようにほぼ線形の関係になる特徴がある。特にアナログ信号に対しリニアなポンプ出力比を示す特性線１３９との違いは、大きいところでも５％程度しかない。また図６のように、３ｂｉｔのデジタルデータをＤ／Ａ変換してアナログ信号を発生させる場合、１ｂｉｔ当りのポンプ出力比の飛びは、ほぼ１２〜１７％でリニアな関係の場合の１４％に非常に近い。そのため、目標のポンプ出力が決定されている時に、簡単な式にてアナログ信号の指令値を一意的に決定できる。またポンプの場合、定格点（ＰＷＭデューティ比が１００％のポンプ出力）付近の分解能が特に必要になるが、今までの三角波信号方式より、定格点付近での制御性が非常によくなる。なぜなら同じＰＷＭデューティ比全範囲において、デューティ比１％の違いに対するポンプ出力の違いがほぼ同じであるからである。
【００３１】
なお、本実施の形態では制御対象を目標圧力としたが、本発明はこれに限らず、制御対象を目標流量としてもよい。この場合は１０８と１０９は流量検出器と流量制御部となる。
【００３２】
以上のように本実施の形態によれば、モータを回転駆動するための複数相のモータ駆動コイル１０２と、各モータ駆動コイル１０２に一方と他方の給電線路を介して電気を給電する電源１０１と、各モータ駆動コイル１０２と一方の給電線路との間に設けられた第１のスイッチング素子群１０６と、各モータ駆動コイル１０２と他方の給電線路との間に設けられた第２のスイッチング素子群１０７と、モータの回転子の磁極位置を検出して磁極位置検出信号を出力する複数個の磁極位置検出素子１０４と、磁極位置検出信号の示す磁極位置により各モータ駆動コイル１０２への通電切替え信号を発生する通電切替え回路１０５と、各モータ駆動コイル１０２への給電指令信号をパルス幅に応じたＰＷＭ信号として出力するＰＷＭ信号発生回路１１１とを有するポンプ用モータ駆動制御装置であって、モータにより駆動されるポンプの圧力もしくは流量を検出して検出信号を出力する圧力検出器１０８もしくは流量検出器と、検出信号を入力し、ＰＷＭのパルス幅を決定するアナログ信号を発生して、設定された目標圧力もしくは目標流量に制御する圧力制御部１０９もしくは流量制御部とを備え、ＰＷＭ信号発生回路１１１は、ＰＷＭのキャリア周波数に対応する周波数の正弦波信号を発生する正弦波発生回路１１２と、正弦波発生回路１１２からの正弦波信号の絶対値信号を発生する絶対値発生回路１１３と、アナログ信号と絶対値信号とを比較する比較回路１１４とを有することにより、正弦波発生回路１１２からの正弦波信号の絶対値信号と圧力制御部１０９もしくは流量制御部からのアナログ信号とを比較するようにしたので、アナログ信号に対するＰＷＭデューティ比の関係をアナログ信号が小さいときにはＰＷＭデューティ比が大きく変化し、アナログ信号が大きいときにはＰＷＭデューティ比が小さく変化するようにすることができ、モータで駆動されるポンプの出力の全範囲においてアナログ信号とポンプの出力との関係をほぼリニアにすることができるので、アナログ信号の少ない電圧ステップ数で、ポンプ定格点付近での制御分解能を小さくすることができる。また、ポンプ出力の全範囲においてアナログ信号とポンプ出力との関係がほぼリニアになる為、制御対象である目標圧力もしくは目標流量から目標ポンプ出力を演算することで指令値であるアナログ信号を一意的に決定することができ、一般的なＰＩＤ制御よりも応答性の良い制御を実現することができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の請求項１に記載のポンプ用モータ駆動制御装置によれば、モータを回転駆動するための複数相のモータ駆動コイルと、各モータ駆動コイルに一方と他方の給電線路を介して電気を給電する電源と、各モータ駆動コイルと一方の給電線路との間に設けられた第１のスイッチング素子群と、各モータ駆動コイルと他方の給電線路との間に設けられた第２のスイッチング素子群と、モータの回転子の磁極位置を検出して磁極位置検出信号を出力する複数個の磁極位置検出素子と、磁極位置検出信号の示す磁極位置により各モータ駆動コイルへの通電切替え信号を発生する通電切替え回路と、各モータ駆動コイルへの給電指令信号をパルス幅に応じたＰＷＭ信号として出力するＰＷＭ信号発生回路とを有するポンプ用モータ駆動制御装置であって、モータにより駆動されるポンプの圧力もしくは流量を検出して検出信号を出力する圧力検出器もしくは流量検出器と、検出信号を入力し、ＰＷＭのパルス幅を決定するアナログ信号を発生して、設定された目標圧力もしくは目標流量に制御する圧力制御部もしくは流量制御部とを備え、ＰＷＭ信号発生回路は、ＰＷＭのキャリア周波数に対応する周波数の正弦波信号を発生する正弦波発生回路と、正弦波発生回路からの正弦波信号の絶対値信号を発生する絶対値発生回路と、アナログ信号と絶対値信号とを比較する比較回路とを有することにより、正弦波発生回路からの正弦波信号の絶対値信号と圧力制御部もしくは流量制御部からのアナログ信号とを比較するようにしたので、アナログ信号に対するＰＷＭデューティ比の関係をアナログ信号が小さいときにはＰＷＭデューティ比が大きく変化し、アナログ信号が大きいときにはＰＷＭデューティ比が小さく変化するようにすることができ、モータで駆動されるポンプの出力の全範囲においてアナログ信号とポンプの出力との関係をほぼリニアにすることができるので、アナログ信号の少ない電圧ステップ数で、ポンプ定格点付近での制御分解能を小さくすることができるという有利な効果が得られる。また、ポンプ出力の全範囲においてアナログ信号とポンプ出力との関係がほぼリニアになる為、制御対象である目標圧力もしくは目標流量から目標ポンプ出力を演算することで指令値であるアナログ信号を一意的に決定することができ、一般的なＰＩＤ制御よりも応答性の良い制御を実現することができるという有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１によるポンプ用モータ駆動制御装置を示す回路図
【図２】正弦波発生回路を示す回路図
【図３】絶対値発生回路を示す回路図
【図４】（ａ）図１のポンプ用モータ駆動制御装置の各部位の信号波形を示す波形図
（ｂ）図１のポンプ用モータ駆動制御装置の各部位の信号波形を示す波形図
（ｃ）図１のポンプ用モータ駆動制御装置の各部位の信号波形を示す波形図
（ｄ）図１のポンプ用モータ駆動制御装置の各部位の信号波形を示す波形図
【図５】指令アナログ信号に対するＰＷＭデューティ比を示すグラフ
【図６】指令アナログ信号に対するポンプ出力比を示すグラフ
【図７】従来のポンプ用モータ駆動制御装置を示す回路図
【図８】従来のＰＷＭ信号発生回路のポイントである三角波発生回路の回路を示す回路図
【図９】（ａ）従来のＰＷＭ信号発生回路の各部位における信号波形を示す波形図
（ｂ）従来のＰＷＭ信号発生回路の各部位における信号波形を示す波形図
（ｃ）従来のＰＷＭ信号発生回路の各部位における信号波形を示す波形図
【図１０】従来のＰＷＭ信号発生回路を使った場合で、アナログ信号発生として３ｂｉｔ（８ポイント）のＤ／Ａ変換手段を用いた場合の３ｂｉｔ信号に対するＰＷＭ信号のデューティ比の関係を表したグラフ
【図１１】図１０の３ｂｉｔのデータを用いた場合で、各３ｂｉｔデータに対するポンプ出力のＰＷＭデューティ比１００％出力に対する割合を表したグラフ
【符号の説明】
１０１ 直流電源
１０２ モータ巻線
１０３ マグネットロータ
１０４ 磁極位置検出素子
１０５ 通電切替え回路
１０６ 第１のスイッチング素子群
１０７ 第２のスイッチング素子群
１０８ 圧力検出器
１０９ 圧力制御部
１１１ ＰＷＭ信号発生回路
１１２ 正弦波発生回路
１１３ 絶対値変換回路
１１４ 比較回路
１１５ａ、１１５ｂ 微分回路用アンプ
１１６ 積分時定数用抵抗器
１１７ 積分時定数用コンデンサ
１１８ａ、１１８ｂ 微分時定数用抵抗器
１１９ａ、１１９ｂ 微分時定数用コンデンサ
１２０ 半波整流用アンプ
１２１ 加算用アンプ
１２２、１２３、１２４、１２５、１２６ 入出力直線性用抵抗器
１２７、１２８ 位相補正用コンデンサ
Claims (1)
- モータを回転駆動するための複数相のモータ駆動コイルと、前記各モータ駆動コイルに一方と他方の給電線路を介して電気を給電する電源と、前記各モータ駆動コイルと前記一方の給電線路との間に設けられた第１のスイッチング素子群と、前記各モータ駆動コイルと前記他方の給電線路との間に設けられた第２のスイッチング素子群と、前記モータの回転子の磁極位置を検出して磁極位置検出信号を出力する複数個の磁極位置検出素子と、前記磁極位置検出信号の示す磁極位置により前記各モータ駆動コイルへの通電切替え信号を発生する通電切替え回路と、前記各モータ駆動コイルへの給電指令信号をパルス幅に応じたＰＷＭ信号として出力するＰＷＭ信号発生回路とを有するポンプ用モータ駆動制御装置であって、
前記モータにより駆動されるポンプの圧力もしくは流量を検出して検出信号を出力する圧力検出器もしくは流量検出器と、前記検出信号を入力し、ＰＷＭのパルス幅を決定するアナログ信号を発生して、設定された目標圧力もしくは目標流量に制御する圧力制御部もしくは流量制御部とを備え、
前記ＰＷＭ信号発生回路は、ＰＷＭのキャリア周波数に対応する周波数の正弦波信号を発生する正弦波発生回路と、前記正弦波発生回路からの正弦波信号の絶対値信号を発生する絶対値発生回路と、前記アナログ信号と前記絶対値信号とを比較する比較回路とを有することを特徴とするポンプ用モータ駆動制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001103249A JP4576739B2 (ja) | 2001-04-02 | 2001-04-02 | ポンプ用モータ駆動制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001103249A JP4576739B2 (ja) | 2001-04-02 | 2001-04-02 | ポンプ用モータ駆動制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002305890A JP2002305890A (ja) | 2002-10-18 |
| JP4576739B2 true JP4576739B2 (ja) | 2010-11-10 |
Family
ID=18956334
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001103249A Expired - Fee Related JP4576739B2 (ja) | 2001-04-02 | 2001-04-02 | ポンプ用モータ駆動制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4576739B2 (ja) |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5079516B2 (ja) | 2004-11-23 | 2012-11-21 | インテグリス・インコーポレーテッド | 可変定位置ディスペンスシステムのためのシステムおよび方法 |
| JP5339914B2 (ja) | 2005-11-21 | 2013-11-13 | インテグリス・インコーポレーテッド | 低減された形状要因を有するポンプのためのシステムと方法 |
| JP5339915B2 (ja) * | 2005-11-21 | 2013-11-13 | インテグリス・インコーポレーテッド | ポンプの機械式ピストンのピストン制御システムおよび方法 |
| US8083498B2 (en) | 2005-12-02 | 2011-12-27 | Entegris, Inc. | System and method for position control of a mechanical piston in a pump |
| KR101243509B1 (ko) | 2005-12-02 | 2013-03-20 | 엔테그리스, 아이엔씨. | 펌프에서의 압력 보상을 위한 시스템 및 방법 |
| TWI402423B (zh) | 2006-02-28 | 2013-07-21 | Entegris Inc | 用於一幫浦操作之系統及方法 |
| DE102006015693A1 (de) * | 2006-03-29 | 2007-10-04 | Oliver Laing | Solar-Umwälzpumpe und Verfahren zur Regelung, zur Anlaufsteuerung und Leistungseinstellung einer Solar-Umwälzpumpe |
| KR101214264B1 (ko) * | 2010-08-18 | 2012-12-20 | 김진선 | 단상 교류 모터펌프의 제어장치 |
| CN102168669B (zh) * | 2011-04-13 | 2013-10-30 | 河南豫通电机股份公司 | 一种自动喷水雾泵站 |
| JP2013047499A (ja) * | 2011-08-29 | 2013-03-07 | Panasonic Corp | ポンプ装置及びこれを備えた液体循環装置 |
| CN104253552B (zh) * | 2013-06-28 | 2019-10-29 | 伊顿智能动力有限公司 | 变频器的脉宽调制方法和装置 |
| JP6981169B2 (ja) * | 2017-10-20 | 2021-12-15 | 株式会社アイシン | 電動ポンプ |
| CN108050042B (zh) * | 2018-02-06 | 2024-03-15 | 西北农林科技大学 | 一种磁力呼吸泵控制系统 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59144396A (ja) * | 1983-02-04 | 1984-08-18 | Hitachi Ltd | Ｐｗｍパルス発生装置 |
| JPS60197172A (ja) * | 1984-03-21 | 1985-10-05 | Hitachi Ltd | Ｐｗｍパルス発生装置 |
| JPS6166880A (ja) * | 1984-09-11 | 1986-04-05 | Mitsubishi Electric Corp | 電気ポンプ |
| JPS61291799A (ja) * | 1985-06-18 | 1986-12-22 | Mitsubishi Electric Corp | 電気ポンプ |
| JPH05184194A (ja) * | 1991-11-14 | 1993-07-23 | Omron Corp | モータ制御装置 |
| JPH0775368A (ja) * | 1993-08-31 | 1995-03-17 | Toshiba Lighting & Technol Corp | 直流電動機の駆動装置 |
-
2001
- 2001-04-02 JP JP2001103249A patent/JP4576739B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59144396A (ja) * | 1983-02-04 | 1984-08-18 | Hitachi Ltd | Ｐｗｍパルス発生装置 |
| JPS60197172A (ja) * | 1984-03-21 | 1985-10-05 | Hitachi Ltd | Ｐｗｍパルス発生装置 |
| JPS6166880A (ja) * | 1984-09-11 | 1986-04-05 | Mitsubishi Electric Corp | 電気ポンプ |
| JPS61291799A (ja) * | 1985-06-18 | 1986-12-22 | Mitsubishi Electric Corp | 電気ポンプ |
| JPH05184194A (ja) * | 1991-11-14 | 1993-07-23 | Omron Corp | モータ制御装置 |
| JPH0775368A (ja) * | 1993-08-31 | 1995-03-17 | Toshiba Lighting & Technol Corp | 直流電動機の駆動装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2002305890A (ja) | 2002-10-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6285146B1 (en) | Apparatus and method of regulating the speed of a brushless DC motor | |
| JP4576739B2 (ja) | ポンプ用モータ駆動制御装置 | |
| US8810185B2 (en) | Drive circuit and method | |
| US20090256505A1 (en) | Synchronous motor and control method of synchronous motor | |
| US9531317B2 (en) | Power conversion apparatus, power conversion method, and motor system | |
| US10469005B2 (en) | Magnetic sensor and an integrated circuit | |
| JP2014124072A (ja) | 逆起電力検出回路とそれを用いたモータ駆動制御装置並びにモータ | |
| WO2016194837A1 (ja) | 直流ブラシレスモータ制御装置 | |
| CN113454904A (zh) | 带有功率反馈回路的电机控制器 | |
| US9960719B1 (en) | Variable frequency electrostatic drive | |
| US20230283210A1 (en) | Direct drive system for brushless dc (bldc) motor | |
| JP4517438B2 (ja) | 自吸式ポンプ | |
| JP2006115678A (ja) | モータ駆動制御装置 | |
| Xu et al. | High performance DC chopper speed and current control of universal motors using a microcontroller | |
| Ates et al. | Sliding mode control of a switched reluctance motor drive with four-switch Bi-Directional DC-DC converter for torque ripple minimization | |
| US5260645A (en) | Power supplies | |
| JP2003209988A (ja) | ブラシレスモータ駆動システム、ブラシレスモータ駆動方法、及びコンピュータプログラム | |
| Zigirkas et al. | Intelligent speed controller for single-phase induction motors using fuzzy APWM | |
| Bist et al. | A PFC based BLDCM drive for low power household appliances | |
| CN110620459B (zh) | 用于操作bldc电动机的驱动电路 | |
| KR102015867B1 (ko) | 모터 구동 장치 | |
| US11621661B2 (en) | Motor control with reduced back current during braking | |
| JP4672218B2 (ja) | モータ制御装置 | |
| JP2005341740A (ja) | 発電システム | |
| JP3086700B2 (ja) | ブラシレスモータの回転子位置検出回路 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20070316 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20070322 |
|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20070322 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20071010 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20100715 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20100727 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20100809 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130903 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130903 Year of fee payment: 3 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |