JP5387805B1 - モータ制御システム、モータ制御装置、ブラシレスモータおよびモータ制御方法 - Google Patents

モータ制御システム、モータ制御装置、ブラシレスモータおよびモータ制御方法 Download PDF

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Abstract

本モータ制御システムは、指令信号を送出して通知信号を受け取る上位コントローラと、指令信号を受け取って通知信号を送出するモータ制御装置と、指令信号および通知信号が伝送される信号伝送線と、モータ制御装置によって回転制御されるモータとを備える。上位コントローラは、デューティを指令信号によって変調したPWM指令信号Siを生成して送出する。モータ制御装置は、デューティを通知信号によって変調したPWM通知信号Fpを生成し、PWM通知信号FpをPWM指令信号Siに同期させて送出する。そして、上位コントローラが送出するPWM指令信号Siは、互いに異なったパルス周期幅のパルス周期を含む。

Description

本発明は、上位コントローラなどの指令に基づいてモータ制御装置がモータを回転制御するモータ制御システム、そのモータ制御装置、このモータ制御装置を備えたブラシレスモータ、およびモータ制御方法に関し、特に、速度指令信号によってパルス信号のデューティを変調したPWM(Pulse Width Modulation、パルス幅変調)信号を利用してモータ回転速度を制御するモータ制御システム、モータ制御装置、ブラシレスモータおよびモータ制御方法に関する。
従来、このようなモータ制御装置を含むモータ制御システムの一例として、例えば、特許文献1では、車両に搭載するファンモータをECU(Electric Control Unit)などの上位コントローラによって制御する技術が開示されている。この文献の上位コントローラは、駆動制御回路を備えたブラシレスモータに対して、ファンの回転速度指令をPWM信号として与える。そして、駆動制御回路は、PWM信号のデューティに応じた回転速度でファンを回転させている。また、例えば、特許文献2では、PWM信号による回転速度指令に加えて、モータ制御部から上位コントローラに対して回転検出信号を出力するような構成が開示されている。
ところで、このようなモータ制御システムでは、近年、パルス信号を利用したデジタル信号で制御されることが多くなっている。このようなデジタル処理によれば、柔軟な処理が可能となる一方、パルス信号に基づくノイズが電磁輻射され、他の機器に影響を与える可能性が高くなる。例えば、車両に装備する上述のようなモータ制御システムの場合、モータ本体や電源あるいは制御ラインなどからノイズが電磁輻射され、車両搭載のラジオ等に悪影響を与えるおそれがあった。
このようなノイズの影響を抑制するため、コンデンサやインダクタンス素子を用いたノイズ防止回路を設けたり、ノイズ発生源をシールドしたり、あるいは給電線や制御線をできるだけ短くするような配置構成とたりするなどの手段が用いられてきた。また、特許文献3では、車両において、ツイストペア構造を有したケーブルを用いて信号を伝送し、伝播する信号によって発生する磁界を相殺し、電磁波の不要輻射を低減するような手法を開示している。
しかしながら、電磁輻射を低減する手法として、上述したようなノイズ防止回路、シールド手段やツイストペア構造のケーブルなどの手法は、ノイズ対策用としての回路部品やシールド部材などの増加を招いたり、ツイストペアケーブルのような特殊なケーブル部材が必要としたりするなどの課題があった。また、給電線や制御線を短くする構成の場合、電源やモータなどの配置が限られてしまうという課題があった。
特開2008−148542号公報 特開2011−130532号公報 特開2009−104907号公報
本発明のモータ制御システムは、上位コントローラの指令に基づいて、モータ制御装置がモータを回転制御するモータ制御システムである。本モータ制御システムは、指令信号からPWM指令信号を生成し、生成したPWM指令信号を送出するとともに通知信号から生成されたPWM通知信号を受け取る上位コントローラと、指令信号から生成されたPWM指令信号を受け取るとともに通知信号からPWM通知信号を生成し、生成したPWM通知信号を送出するモータ制御装置と、PWM指令信号およびPWM通知信号がそれぞれにパルス信号として伝送される信号伝送線と、モータ制御装置によって回転制御されるモータとを備える。上位コントローラは、パルス周期幅に対するパルス幅の比率であるデューティを指令信号によって変調したPWM指令信号を生成し、PWM指令信号を、信号伝送線を介してモータ制御装置に送出する。モータ制御装置は、デューティを通知信号によって変調したPWM通知信号を生成し、PWM通知信号を、PWM指令信号に同期させ、信号伝送線を介して上位コントローラに送出する。そして、上位コントローラが送出するPWM指令信号は、互いに異なったパルス周期幅のパルス周期を含む。
また、本発明のモータ制御装置は、互いに異なったパルス周期幅のパルス周期を含むとともに、パルス周期幅に対するパルス幅の比率であるデューティが指令信号によって変調されたPWM指令信号を受け取り、受け取ったPWM指令信号から復元した指令信号に応じた回転動作を行うように、モータを回転制御するモータ制御装置である。本モータ制御装置は、PWM指令信号を復調し、指令信号を復元するPWM復調部と、指令信号に応じて、モータの駆動信号を生成する回転制御部と、駆動信号に基づいて、モータの巻線を通電駆動する駆動電圧を生成する通電駆動部と、外部に通知するための通知信号を生成する通知信号生成部と、デューティが通知信号によって変調されたPWM通知信号を生成するPWM変調部とを備える。そして、PWM変調部は、PWM指令信号のパルス周期幅に同期してPWM通知信号を生成し、送出する構成である。
また、本発明ブラシレスモータは、ロータと、3相の巻線を備えたステータと、巻線を通電駆動する上記モータ制御装置とを備えた構成である。
また、本発明のモータ制御方法は、上位コントローラにより指令信号から生成したPWM指令信号を送出し、モータ制御装置がPWM指令信号を受け取って、受け取ったPWM指令信号から復元した指令信号に応じた回転動作となるようにモータを回転制御するモータ制御方法である。本モータ制御方法は、上位コントローラにより、互いに異なったパルス周期幅のパルス周期を含むとともに、パルス周期幅に対するパルス幅の比率であるデューティを指令信号によって変調したPWM指令信号を、モータ制御装置に対して送出する。また、モータ制御装置により、受け取ったPWM指令信号から指令信号を復元し、復元した指令信号に基づいてモータを回転動作させるとともに、外部に通知するための通知信号を生成する。さらに、PWM指令信号のパルス周期幅に同期して、デューティが通知信号によって変調されたPWM通知信号を生成する。そして、モータ制御装置から上位コントローラに対して、生成したPWM通知信号を送出する。
このような構成により、PWM指令信号とPWM通知信号とが同期することで両信号のパルス周期幅が等しくなるとともに、両信号が互いに逆方向へと伝送される。これによって、PWM指令信号の伝送線から輻射される磁界とPWM通知信号の伝送線から輻射される磁界とが、常にほぼ逆方向の磁界となる。このため、両伝送線から輻射される不要輻射が打ち消されることになり、不要輻射を低減できる。
さらに、PWM指令信号は、互いに異なったパルス周期幅のパルス周期を含むため、PWM指令信号およびそれに同期したPWM通知信号の周波数成分が1つの周波数に集中せず、周波数成分を分散して低レベルとすることができる。このため、両伝送線から輻射される不要輻射をさらに低減できる。
このように、本発明のモータ制御システム、モータ制御装置、ブラシレスモータおよびモータ制御方法によれば、上位コントローラから送出するPWM指令信号を可変のパルス周期幅とし、モータ側で受け取るPWM指令信号とモータ側から送出するPWM通知信号とのパルス周期を互いに同期させるのみで、不要輻射を低減できる。このため、本発明によれば、ノイズ対策用としての特別な部品や部材を必要せず、簡易な構成で不要輻射を低減できるモータ制御システム、モータ制御装置、ブラシレスモータおよびモータ制御方法を提供できる。
図1は、本発明の実施の形態におけるモータ制御システムのブロック図である。 図2は、同モータ制御システムの上位コントローラのPWM変調部とPWM復調部とのブロック図である。 図3は、同上位コントローラのPWM変調部の動作の一例を示すタイミングチャートである。 図4は、同上位コントローラのPWM変調部が出力するPWM指令信号のPWM周波数の一例を示す図である。 図5は、本発明の実施の形態におけるモータ制御装置のPWM復調部とPWM変調部とのブロック図である。 図6は、同モータ制御装置における要部の信号波形などを示す図である。 図7は、同モータ制御システムの上位コントローラのPWM変調部が出力するPWM指令信号のPWM周波数の他の例を示す図である。 図8は、本発明の実施の形態におけるブラシレスモータの断面図である。
以下、本発明の実施の形態におけるモータ制御システム、モータ制御装置、ブラシレスモータおよびモータ制御方法について図面を参照しながら説明する。
(実施の形態)
図1は、本発明の実施の形態におけるモータ制御システム100のブロック図である。本実施の形態では、本発明のモータ制御装置10を備えたブラシレスモータ50を含むモータ制御システム100の構成を挙げて説明する。
図1に示すように、本実施の形態のモータ制御システム100は、ブラシレスモータ50と、このブラシレスモータ50を制御する上位コントローラ11とを含む構成である。また、詳細については以下で説明するが、本実施の形態では、ブラシレスモータ50が、モータ制御装置10を構成する回路部品を実装した構成としている。すなわち、図1に示すように、ブラシレスモータ50において、モータ制御装置10がモータ40を回転制御する。
モータ40は、ロータと巻線56を有したステータとを備えており、巻線56を通電駆動することでロータが回転する。本実施の形態では、互いに120度位相が異なるU相、V相、W相とする3相でモータ40を駆動するブラシレスモータ50の一例を挙げて説明する。このような3相駆動を行うため、モータ40は、巻線56として、U相を駆動する巻線56U、V相を駆動する巻線56VおよびW相を駆動する巻線56Wを有している。
モータ制御装置10は、相ごとに巻線56に所定の波形の駆動電圧を印加する。これによって、ロータは、モータ制御装置10からの回転制御に従った回転速度で回転する。また、このような回転制御を行うため、モータ40には、ロータの回転位置や回転速度を検出するためのセンサが配置されている。本実施の形態では、ロータの回転位置を検出するために各相に対応させて、ホール素子などの3つの位置検出センサ49をモータ40に配置している。そして、モータ制御装置10には、位置検出センサ49からのセンサ信号Detが供給されている。
また、図1に示すように、モータ制御装置10は、信号伝送線19を介して上位コントローラ11と信号接続されている。
上位コントローラ11は、例えば、ブラシレスモータ50が搭載される機器などに備えられ、マイコン(マイクロコンピュータ)あるいはDSP(Digital Signal Processor)などで構成される。例えば、ブラシレスモータ50が車両に搭載される電装用モータの場合は、上位コントローラ11は、ECUのようなコントローラである。モータ制御装置10には、このような上位コントローラ11から信号伝送線19を介して、モータ40を回転制御するための指令が指令信号として通知される。また、逆に、ブラシレスモータ50における情報が、モータ制御装置10から信号伝送線19を介して、上位コントローラ11に通知信号として通知される。
本実施の形態では、上位コントローラ11からの指令として、モータ40の回転速度を指令する回転速度指令が指令信号としてモータ制御装置10に通知される。また、回転速度指令によって指令される回転速度は、信号伝送線19sを介して、パルス幅変調されたパルス信号であるPWM指令信号Siとして通知される。
さらに、モータ制御装置10から上位コントローラ11に対して、所定の情報が通知信号として通知される。本実施の形態では、通知する情報として、検出回転速度の情報を通知するような一例を挙げて説明する。すなわち、モータ制御装置10は、検出回転速度を示す情報を、通知信号として上位コントローラ11に通知する。ここで、検出回転速度は、モータ制御装置10によって検出されたモータ40の回転速度であり、実回転速度に相当する。また、PWM指令信号Siと同様に、このような通知信号は、信号伝送線19fを介して、パルス幅変調されたPWM通知信号Fpとして上位コントローラ11に通知される。また、回転速度指令や検出回転速度としては、例えば1分間あたりの回転数(rpm)を用いている。
このように、上位コントローラ11は、指令信号を送出するとともに通知信号を受け取る。モータ制御装置10は、指令信号を受け取るとともに通知信号を送出する。信号伝送線19は、指令信号および通知信号をそれぞれに伝送する。モータ40は、モータ制御装置10によって回転制御される。この構成により、上位コントローラ11の指令に基づいて、モータ制御装置10がモータ40を回転制御する。
次に、上位コントローラ11の構成について説明する。図1に示すように、上位コントローラ11は、コントロール部110、PWM変調部120およびPWM復調部130を備えている。そして、上位コントローラ11は、PWM信号を伝送する信号伝送線19を介して、モータ制御装置10と接続されている。コントロール部110は、例えば、モータ制御装置10に対する指令信号を生成するなど、上位コントローラ11における各種処理や外部とのインタフェース処理や制御などを行う。コントロール部110は、PWM変調部120に対して、回転速度指令を示す指令信号としての速度指令信号Vr、およびPWM変調部120を指示制御する変調指示信号Csiを供給する。また、コントロール部110は、モータ制御装置10から送出された通知信号を、PWM復調部130を介して取り込む。
PWM変調部120は、供給された速度指令信号Vrによってパルス幅変調したPWM指令信号Siを生成する。詳細については以下で説明するが、本実施の形態でのPWM指令信号Siは、互いに異なったパルス周期幅のパルス周期を含むようなパルス列で構成される信号としている。また、このような可変のパルス周期幅としているため、PWM指令信号Siは、デューティが速度指令信号Vrによって変調されている。ここで、デューティは、パルス周期幅に対するパルス幅の比率である。すなわち、PWM変調部120は、パルスを生成する処理ごとに、まずパルス周期幅を決定し、次に、決定したパルス周期幅を基準として速度指令信号Vrに応じたパルス幅を決定している。そして、決定されたパルス周期幅の期間に、決定されたパルス幅の期間だけレベルが高いONとし、ON以外の期間をレベルが低いOFFとするようなパルスを順次生成して、PWM指令信号Siとしている。PWM変調部120は、このようなPWM指令信号Siを、信号伝送線19sを介してモータ制御装置10に送出している。
また、PWM復調部130は、モータ制御装置10から送出されたPWM通知信号Fpを受け取り、パルス幅変調された信号を復調する動作を行う。PWM復調部130は、この復調動作によって、受け取ったPWM通知信号Fpから通知信号としての速度検出信号Vdを復元する。速度検出信号Vdは、モータ制御装置10で検出された実回転速度を示す信号である。そして、PWM通知信号Fpは、この速度検出信号Vdに応じたデューティのパルス列で構成されるパルス信号である。PWM復調部130は、PWM通知信号Fpの各パルス周期において、そのパルス周期幅に対するパルス幅であるデューティを検出することによって、PWM通知信号Fpを復調する。そして、PWM復調部130は、復調動作によって復元した速度検出信号Vdを時系列に出力する。PWM復調部130がこのように動作することによって、モータ制御装置10が検出した回転速度が速度検出信号Vdとして復元される。
次に、モータ制御装置10の構成について説明する。モータ制御装置10は、回転制御部12、PWM駆動回路14、インバータ15、位置検出部16、回転速度算出部17、PWM復調部20およびPWM変調部30を備えている。そして、モータ制御装置10には、上述したように、モータ40に配置した3つの位置検出センサ49から、センサ信号Detが供給されている。さらに、モータ制御装置10は、PWM信号を伝送する信号伝送線19を介して、上位コントローラ11と接続されている。
まず、位置検出センサ49からのセンサ信号Detは、位置検出部16に供給される。位置検出部16は、ロータの回転に伴う磁極変化に応じて変化するセンサ信号Detから、各相の位置情報を検出する。例えば、位置検出部16は、磁極変化時点においてセンサ信号Detがゼロクロスするタイミングを検出し、この検出したタイミングに基づく位置検出信号Pdを出力する。すなわち、回転するロータの回転位置はこのような検出タイミングと対応しており、検出タイミングを利用して回転位置を検出できる。また、位置検出信号Pdは、具体的には、例えばこのような検出タイミングを示すパルス信号とすればよい。位置検出部16は、それぞれの相に対応した位置検出信号Pdを、回転速度算出部17に供給する。
回転速度算出部17は、位置検出信号Pdが示す回転位置に基づき、例えば微分演算などによりロータの回転速度を算出する。回転速度算出部17は、算出した回転速度を速度検出信号Vdとして回転制御部12およびPWM変調部30に供給する。なお、本実施の形態では、位置検出センサ49からのセンサ信号Detに基づいて速度検出信号Vdを生成するような一例を挙げて説明するが、速度検出手段によりロータ速度を検出し、この検出結果に基づき速度検出信号Vdを生成するような構成であってもよい。すなわち、速度検出信号Vdは、モータの実回転から検出や推定した速度を示す時系列の値や信号であればよい。
一方、PWM復調部20は、上位コントローラ11から送出されたPWM指令信号Siを受け取り、パルス幅変調された信号を復調する動作を行う。PWM復調部20は、この復調動作によって、受け取ったPWM指令信号Siから速度指令信号Vrを復元する。PWM指令信号Siは、上位コントローラ11が指令する回転速度に応じたデューティのパルス列で構成されるパルス信号である。PWM復調部20は、PWM指令信号Siの各パルス周期において、そのパルス周期幅に対するパルス幅であるデューティを検出することによって、PWM指令信号Siを復調する。そして、PWM復調部20は、復調動作によって復元した速度指令信号Vrを時系列に出力する。PWM復調部20がこのように動作することによって、上位コントローラ11の回転速度指令が速度指令信号Vrとして復元される。
速度指令信号Vrは、回転制御部12に供給される。また、回転制御部12には、回転速度算出部17で算出された速度検出信号Vdが供給されている。回転制御部12は、速度指令信号Vrと速度検出信号Vdとに基づき、巻線56への駆動量を示す駆動信号Ddを生成する。具体的には、回転制御部12は、速度指令を示す速度指令信号Vrと、実速度に対応した検出速度を示す速度検出信号Vdとの速度偏差を求める。そして、回転制御部12は、速度指令に従った実速度となるように、速度偏差に応じたトルク量を示す駆動信号Ddを生成する。回転制御部12は、このような駆動信号DdをPWM駆動回路14に供給する。
PWM駆動回路14は、巻線56を駆動するための駆動波形を相ごとに生成し、生成した駆動波形をそれぞれパルス幅変調し、駆動パルス信号Dpとして出力する。巻線56を正弦波駆動する場合には駆動波形は正弦波波形であり、矩形波駆動する場合には駆動波形は矩形波波形である。また、駆動波形の振幅は、駆動信号Ddに応じて決定される。PWM駆動回路14は、相ごとに生成した駆動波形を変調信号として、それぞれにパルス幅変調を行い、駆動波形でパルス幅変調したパルス列の駆動パルス信号Dpを、インバータ15に供給する。
インバータ15は、駆動パルス信号Dpに基づいて、相ごとに巻線56への通電を行い、巻線56を通電駆動する。インバータ15は、電源の正極側に接続されたスイッチ素子と負極側に接続されたスイッチ素子とを、U相、V相、W相それぞれに備えている。U相の駆動出力Uoは巻線56Uに、V相の駆動出力Voは巻線56Vに、そして、W相の駆動出力Woは巻線56Wに接続されている。そして、それぞれの相において、駆動パルス信号Dpによりスイッチ素子がオンオフされる。すると、電源からオンのスイッチ素子を介し、さらに駆動出力から巻線56に対して駆動電圧が供給される。この駆動電圧の供給によって、巻線56に駆動電流が流れる。ここで、駆動パルス信号Dpは駆動波形をパルス幅変調した信号であるため、駆動波形に応じた駆動電流でそれぞれの巻線56が通電される。
また、PWM駆動回路14とインバータ15とによって、通電駆動部13が構成される。通電駆動部13は、上述のように駆動信号Ddに基づいて、モータ40の巻線56を相ごとに通電駆動する。
以上のような構成により、速度指令信号Vrに追従するようにロータの回転速度を制御するフィードバック制御ループが形成される。
さらに、本実施の形態では、PWM変調部30を備えている。PWM変調部30は、通知信号として供給される速度検出信号Vdによってパルス幅変調し、PWM通知信号Fpを生成する。このようなパルス幅変調を行うために、PWM復調部20からPWM変調部30に対して、送出する各パルスの開始タイミングを示すパルス開始信号Psと、各パルスの周期を示すパルス周期信号Pwとが供給される。PWM変調部30は、速度検出信号Vdとパルス周期信号Pwとに基づいて、送出するパルスのパルス幅を決定する。そして、パルス開始信号Psからこのパルス幅の期間だけONとなるようなパルスを順次生成する。このように生成されたパルス列がPWM通知信号Fpとして、信号伝送線19fを介して、上位コントローラ11に送出される。
特に、本実施の形態では、PWM通知信号Fpのパルス周期および位相がPWM指令信号Siのパルス周期および位相と同期するように構成している。すなわち、パルス周期信号Pwによって、PWM指令信号SiとPWM通知信号Fpとの周期を同期させるとともに、パルス開始信号Psのタイミングによって、PWM指令信号SiとPWM通知信号Fpとの位相を同期させている。本実施の形態では、このような構成とすることにより、PWM通知信号Fpの信号伝送線19fから輻射される磁界が、常に、PWM指令信号Siの信号伝送線19sから輻射される磁界のほぼ逆方向の磁界となるようにしている。本実施の形態は、これにより、両信号伝送線19から輻射される不要輻射を打ち消し、不要輻射を低減している。さらに、本実施の形態では、PWM指令信号Siを、互いに異なったパルス周期幅のパルス周期を含むようなパルス列で構成した信号としている。これによって、各パルス周期に含まれる周波数成分を分散させて低レベルとし、両伝送線から輻射される不要輻射をさらに低減している。
次に、上位コントローラ11におけるPWM変調部120とPWM復調部130との詳細な構成について説明する。
図2は、本発明の実施の形態における上位コントローラ11のPWM変調部120とPWM復調部130との構成例を示すブロック図である。
まず、図2に示すように、PWM変調部120およびPWM復調部130には、クロック信号Ckが供給されている。クロック信号Ckは一定周期のパルス信号であり、PWM指令信号SiやPWM通知信号Fpの周波数よりも十分に高い周波数である。例えば、PWM指令信号SiやPWM通知信号Fpの周波数を500Hz近辺とし、クロック信号Ckの周波数を1MHzとしている。また、図2に示す構成では、クロック信号Ckをカウントするカウンタを利用してPWM信号を生成するような構成例を挙げている。例えば、パルス周期幅やパルス幅などは、カウンタによるクロック信号Ckのカウント数Cntを利用して所定の時間幅を決定している。
上述したように、PWM変調部120は、互いに異なったパルス周期幅のパルス周期を含むPWM指令信号Siを生成する。このようなPWM指令信号Siを生成するため、PWM変調部120は、図2に示すように、デューティ算出部121、変調カウント数算出部122、タイマ出力部123、PWM周期算出部125、開始周期設定部126および周期変化量算出部127を備えている。また、PWM変調部120には、コントロール部110から速度指令信号Vrおよび変調指示信号Csiが供給されている。
デューティ算出部121は、供給された速度指令信号Vrから、パルス幅変調するためのデューティを算出する。例えば、速度指令信号Vrの値が1000(rpm)の場合にはデューティを50%、500(rpm)の場合にはデューティを25%というように、速度指令信号Vrが示す回転速度に応じたデューティを算出する。
一方、PWM周期算出部125は、PWM指令信号Siにおける各パルス周期のパルス周期幅を、カウンタのカウント数Cntに対応させたカウント値Ntpとして決定して出力する。すなわち、カウント値Ntpはパルス周期幅に対応している。そして、カウンタがカウント値Ntpまでカウントするように構成し、カウント値Ntpをパルス周期によって変更することで、パルス周期幅も可変としている。
また、PWM周期算出部125は、変調指示信号Csiが通知されると、開始周期設定部126から供給される初期値のカウント値Ntpを出力する。それ以降、周期変化量算出部127から供給される変化量dNだけ変化させたカウント値Ntpを順次出力する。さらに、PWM周期算出部125は、順次変化させたカウント値Ntpが所定の最大値を越えたり、逆に所定の最小値以下となったりした場合に、開始周期設定部126から供給される初期値のカウント数Ntpを出力する。PWM周期算出部125のこのような動作によって、パルス周期ごとに異なった値のカウント値Ntpが出力される。カウント値Ntpは、変調カウント数算出部122およびタイマ出力部123に供給される。
変調カウント数算出部122は、PWM周期算出部125から供給されたカウント値Ntpとデューティ算出部121からのデューティとに基づき、PWM指令信号SiのON期間のパルス幅を算出する。具体的には、パルス周期幅に対応するカウント数Ntpにデューティを乗じて、PWM指令信号Siを生成するときのカウント値Nonを算出する。このカウント値NonはONのパルス幅に対応している。
また、デューティ算出部121と変調カウント数算出部122とによって、パルス幅算出部124を構成している。すなわち、パルス幅算出部124は、速度指令信号VrとPWM周期算出部125で算出したパルス周期幅(カウント値Ntp)とに基づいて、PWM指令信号SiのON期間のパルス幅(カウント値Non)を算出している。
タイマ出力部123には、PWM周期算出部125からカウント値Ntp、変調カウント数算出部122からカウント値Nonが供給されている。タイマ出力部123は、供給されたそれぞれのカウント値に基づき、カウント値Ntpに対応するパルス周期幅で、カウント値Nonに対応する期間だけONとなるパルス列の信号を生成する。具体的には、本構成例では、タイマ出力部123が、クロック信号Ckの数をカウント数Cntとしてカウントするようなカウンタを有している。タイマ出力部123のカウンタは、ゼロからのカウントを開始し、カウント値Ntpまでカウントを継続する。タイマ出力部123は、このようにカウントを継続している期間において、カウント数Cntがゼロからカウント値Nonまでの期間、ONを出力する。そして、タイマ出力部123は、カウント数Cntがカウント値Nonを超えた時点からカウント値Ntpとなるまでの期間、OFFを出力する。タイマ出力部123は、このようにして、PWM指令信号Siを生成して出力している。
さらに、タイマ出力部123は、カウンタがカウント値Nonをカウントした時点で、次の処理の準備を指示する準備指示信号Pnを周期変化量算出部127に供給する。
準備指示信号Pnの指示に応答して、周期変化量算出部127は、現在のパルス周期と次のパルス周期とのカウント値Ntpの変化量dNを算出し、変化量dNをPWM周期算出部125に供給する。PWM周期算出部125は、周期変化量算出部127から供給される変化量dNだけ変化させたカウント値Ntpを算出し、次のパルス周期幅として出力する。
図3は、以上のような構成のPWM変調部120の動作の一例を示すタイミングチャートである。次に、図3を参照しながら、PWM変調部120のより詳細な動作例について説明する。なお、図3では、PWM指令信号Siのパルス周期幅がパルス周期ごとに変化量dNずつ小さくなり、これにより、パルス周期ごとの周波数成分が順次高くなっていく一例を示している。
まず、動作開始時などにおいて、コントロール部110から速度指令信号Vrおよび変調指示信号Csiが供給される。すると、PWM周期算出部125は、変調指示信号Csiに応答して、開始周期設定部126から供給される初期値のカウント値Ntpを出力する。図3では、初期値のカウント値Ntpとしてカウント値Ntp(0)が出力される一例を示している。変調カウント数算出部122は、カウント値Ntp(0)とデューティ算出部121からのデューティとに基づき、PWM指令信号SiのON期間に対応するカウント値Non(0)を算出する。
その後、図3の時間t00において、タイマ出力部123のカウンタのカウント数Cntがゼロとなる。この時点で、タイマ出力部123は、PWM指令信号SiをONとする。そして、カウンタが順次カウントアップしていく。タイマ出力部123は、カウント数Cntがカウント値Non(0)よりも小さい期間、PWM指令信号SiのON設定を継続する。そして、カウント数Cntがカウント値Non(0)に等しくなった時点(時間t01)で、準備指示信号Pnを出力するとともに、PWM指令信号SiをOFFとする。
タイマ出力部123は、カウント数Cntがカウント値Non(0)を超え、カウント数Cntがカウント値Ntp(0)となるまで、PWM指令信号SiのOFF設定を継続する。
これによって、ON期間Ton(0)とOFF期間Toff(0)とで構成されるパルス周期幅Tp(0)の1つ目のパルス周期が形成される。このパルス周期幅Tp(0)の期間でのデューティは、Ton(0)/Tp(0)となる。
また、OFF期間Toff(0)において、次のパルス周期の設定値が算出される。準備指示信号Pnに応答して、周期変化量算出部127が変化量dNを算出する。そして、PWM周期算出部125が次のカウント値Ntp(1)を算出し、変調カウント数算出部122がカウント値Ntp(1)を用いてカウント値Non(1)を算出する。
その後、カウント数Cntがカウント値Ntp(0)となった時点(時間t02)で、カウンタがリセットされ、次に、カウント数Cntがゼロからカウントアップしていく。すなわち、ON期間Ton(1)とOFF期間Toff(1)とで構成されるパルス周期幅Tp(1)の次のパルス周期が形成される。以下、同様に、パルス周期幅Tp(2)、パルス周期幅Tp(3)というように、PWM指令信号Siの各パルス周期が形成されていく。また、PWM周期算出部125は、算出したカウント値Ntpが所定の最小値以下となると、開始周期設定部126から供給される初期値のカウント値Ntp(0)を出力する。
図4は、上位コントローラ11のPWM変調部120が出力するPWM指令信号SiのPWM周波数の一例を示す図である。図4では、パルス周期幅を周波数で示しており、例えば、400Hzはパルス周期幅2.5mS、500Hzはパルス周期幅2mSに対応している。図4では、周波数400Hzから600Hzまで、パルス周期幅TpをTp(0)からTp(20)まで20段階変更し、それを繰り返すような一例を示している。
クロック信号Ckの周波数を1MHzとし、変調するデューティを50%とした場合、具体的には次のようになる。周波数400Hzのときには、カウント値Ntpが2500でパルス周期幅2.5mS、カウント値Nonが1250でONのパルス幅が1.25mSとなる。周波数500Hzのときには、カウント値Ntpが2000でパルス周期幅2.0mS、カウント値Nonが1000でONのパルス幅が1.0mSとなる。このように、本実施の形態では、PWM変調部120は、パルス周期に応じてパルス周期幅を変更しており、変調するデューティが一定であっても、パルス周期幅の変更に伴ってパルス幅が変更される。
次に、PWM復調部130は、図2に示すように、立上りエッジ検出部131、エッジ周期検出部132、デューティ算出部133および速度検出値算出部134を備えている。
PWM復調部130において、モータ制御装置10から送出されたPWM通知信号Fpは、立上りエッジ検出部131およびデューティ算出部133に供給される。PWM通知信号Fpは、PWM指令信号Siと同様に、パルス周期幅が可変のパルス列であり、各パルス周期の期間は、ON期間とOFF期間とで構成されている。そして、パルス周期幅に対するON期間のパルス幅の比率であるデューティが、速度検出信号Vdによって変調されている。PWM復調部130は、パルス周期ごとにこのデューティを検出することによって、速度検出信号Vdを復元している。
立上りエッジ検出部131は、PWM通知信号Fpの各パルスに対し、OFFからONへと立上るエッジのタイミングを検出している。そのタイミングに基づいてエッジ検出信号Peを生成する。このエッジ検出信号Peのタイミングは、PWM通知信号Fpを構成する各パルスの開始タイミングに対応している。生成したエッジ検出信号Peは、エッジ周期検出部132およびデューティ算出部133に供給される。
エッジ周期検出部132は、立上りエッジ検出部131から順次供給されるエッジ検出信号Peの周期を検出する。本構成例では、エッジ周期検出部132は、クロック信号Ckの数をカウントするカウンタを有している。そして、カウンタがエッジ検出信号Pe間のクロック数をカウントすることでパルス周期幅を検出している。エッジ周期検出部132のカウンタは、このような動作を行い、パルス周期幅の期間のカウント数Mtpを検出する。検出したこのカウント数Mtpは、PWM通知信号Fpを構成する各パルスのパルス周期幅に対応している。カウント数Mtpは、デューティ算出部133に供給される。
デューティ算出部133は、本構成例では、クロック信号Ckの数をカウントするカウンタを有している。デューティ算出部133のカウンタは、エッジ検出信号Peのタイミングでカウントを開始し、PWM通知信号FpのON期間中カウントを継続し、ON期間のカウント数Monを検出する。さらに、デューティ算出部133は、カウント数Mtpに対するカウント数Monの比率を算出する。この比率は、PWM通知信号Fpのデューティに対応している。すなわち、この比率を算出することにより、PWM通知信号Fpが復調される。さらに、速度検出値算出部134は、デューティ算出部133が算出した比率から、速度検出信号Vdを復元する。例えば、カウント数Mtpが2000、カウント数Monが1000とすると、その比率は0.5となり、デューティは50%となる。速度検出値算出部134は、例えば、50%のデューティから、検出した回転速度が1000(rpm)、25%のデューティの場合には500(rpm)であることを復元する。
次に、モータ制御装置10におけるPWM復調部20とPWM変調部30との詳細な構成について説明する。
図5は、本発明の実施の形態におけるモータ制御装置10のPWM復調部20とPWM変調部30との構成例を示すブロック図である。また、図6は、モータ制御装置10における要部の信号波形などを示す図である。図6において、図6の上段は、実線でPWM指令信号Siの信号波形を示し、図6の中段は、実線でパルス開始信号Psのタイミングを示し、図6の下段は、実線でPWM通知信号Fpの信号波形を示している。
図5に示すように、PWM復調部20およびPWM変調部30には、クロック信号Ckが供給されている。また、図5に示す構成では、クロック信号Ckをカウントするカウンタを利用してPWM信号を生成するような構成例を挙げている。
まず、PWM復調部20は、図5に示すように、立上りエッジ検出部21、エッジ周期検出部22、デューティ算出部23、速度指令算出部24、周期変化量算出部25、最大最小周期判定部26および次周期算出部27を備えている。
PWM復調部20において、上位コントローラ11から送出されたPWM指令信号Siは、立上りエッジ検出部21とデューティ算出部23とに供給される。PWM指令信号Siは、図6の上段に示すように、パルス周期ごとにそのパルス周期幅Tpが変化するパルス列であり、各パルス周期の期間は、レベルが高いON期間Tonとレベルが低いOFF期間Toffと構成されている。そして、パルス周期幅Tpに対するON期間Tonの比率であるデューティを検出することによって、速度指令信号Vrを復元している。図6の上段では、速度指令信号Vrは一定であるとともに、時間の経過にしたがって、PWM指令信号Siのパルス周期幅TpおよびONのパルス幅Tonが変化するような一例を示している。
立上りエッジ検出部21は、PWM指令信号Siの各パルスに対し、OFFからONへと立上るエッジのタイミングを検出し、そのタイミングに基づいてエッジ検出信号Peを生成する。このエッジ検出信号Peのタイミングは、図6の中段に示すように、PWM指令信号Siを構成する各パルスの開始タイミングに対応している。生成したエッジ検出信号Peは、エッジ周期検出部22およびデューティ算出部23に供給される。さらに、このエッジ検出信号Peは、パルス開始信号PsとしてPWM変調部30にも供給される。また、本実施の形態では、所定方向に変化するエッジのタイミングを検出するエッジタイミング検出部の一例として、このような動作を行う立上りエッジ検出部21を挙げている。
エッジ周期検出部22は、立上りエッジ検出部21から順次供給されるエッジ検出信号Peの周期を検出する。本構成例では、エッジ周期検出部22は、クロック信号Ckの数をカウントするようなカウンタを有している。そして、カウンタがエッジ検出信号Pe間のクロック数をカウントすることでエッジ検出信号Peの周期を検出している。エッジ周期検出部22のカウンタは、このような動作を行い、図6の中段に示すように、パルス周期幅Tpの期間のカウント数Ntpを検出する。検出したこのカウント数Ntpは、PWM指令信号Siを構成する各パルスのパルス周期幅Tpに対応している。カウント数Ntpは、デューティ算出部23に供給され、さらに、周期変化量算出部25、最大最小周期判定部26および次周期算出部27にも供給される。
デューティ算出部23は、本構成例では、クロック信号Ckの数をカウントするようなカウンタを有している。デューティ算出部23のカウンタは、図6の中段に示すように、エッジ検出信号Peのタイミングでカウントを開始し、PWM指令信号SiのON期間Tonの間カウントを継続し、ON期間Tonのカウント数Nonを検出する。さらに、デューティ算出部23は、カウント数Ntpに対するカウント数Nonの比率を算出する。この比率は、PWM指令信号Siのデューティに対応している。この比率を算出することにより、PWM指令信号Siが復調される。さらに、速度指令算出部24は、デューティ算出部23が算出した比率から、速度指令信号Vrを復元する。例えば、カウント数Ntpが2000、カウント数Nonが1000とすると、その比率は0.5となり、デューティは50%となる。速度指令算出部24は、例えば、50%のデューティから回転速度指令が1000(rpm)、25%のデューティの場合には500(rpm)であることを復元する。
一方、周期変化量算出部25と最大最小周期判定部26と次周期算出部27とによって次周期推定部29が構成される。次周期推定部29は、PWM指令信号Siにおいて、次に伝送されるパルス周期のパルス周期幅を推定し、この推定したパルス周期幅をパルス周期信号PwとしてPWM変調部30に通知する。
周期変化量算出部25は、PWM指令信号Siの各パルス周期において、それらのパルス周期幅の変化量dNを算出する。例えば、周期変化量算出部25は、カウント数Ntpを用いて、前回のパルス周期幅と現在のパルス周期幅との差分を求めることにより、変化量dNを算出する。例えば、前回のカウント数NtpがNtp(0)、現在のカウント数NtpがNtp(1)とすれば、変化量dNを、dN=Ntp(1)−Ntp(0)としている。
最大最小周期判定部26は、現在処理中のカウント数Ntpが所定の最大値、あるいは所定の最小値であるかどうかを判定する。最大最小周期判定部26は、その判定結果を次周期算出部27に通知する。
次周期算出部27は、周期変化量算出部25から供給される変化量dNだけ変化させたカウント値Ntpを順次パルス周期ごとに出力する。さらに、次周期算出部27は、最大最小周期判定部26から最大値あるいは最小値と判定した通知を受け取った場合には、初期値のカウント数Ntpを出力する。図6の中段では、パルス周期幅Tp(20)が最小値に相当する最小のカウント数Ntp(20)としている。最大最小周期判定部26がこのようなカウント数Ntp(20)であると判定すると、次周期算出部27は、次のパルス周期幅Tpに対応するカウント数Ntpとして、カウント数Ntp(0)を示すパルス周期信号Pwを出力する。
本実施の形態では、次周期推定部29のこのような動作によって、PWM指令信号Siの各パルス周期に同期したパルス周期幅を示すパルス周期信号Pwを生成している。
次に、図5に示すように、PWM変調部30は、デューティ算出部31と、変調カウント数算出部32と、タイマ出力部33とを備えている。
デューティ算出部31は、供給された速度検出信号Vdから、パルス幅変調するためのデューティを算出する。例えば、速度検出信号Vdが1000(rpm)の場合にはデューティを50%、500(rpm)の場合にはデューティを25%というように、速度検出信号Vdが示す回転速度に応じたデューティを算出する。
変調カウント数算出部32は、供給されたパルス周期信号Pwが示すパルス周期幅に対応したカウント数Ntpとデューティ算出部31からのデューティとに基づき、PWM通知信号FpのON期間のパルス幅を算出する。具体的には、パルス周期信号Pwが示すカウント数Ntpにデューティを乗じて、PWM通知信号Fpを生成するときのカウント値Monを算出する。
また、デューティ算出部31と変調カウント数算出部32とによって、パルス幅算出部34を構成している。すなわち、パルス幅算出部34は、速度検出信号Vdとエッジ周期検出部22で検出したエッジの周期とに基づいてPWM通知信号FpのON期間のパルス幅を算出している。
タイマ出力部33は、図6の下段に示すように、パルス周期信号Pwが示すパルス周期で、パルス開始信号Psのタイミングからカウント値Monに対応する期間だけONとなるパルス列の信号を生成する。具体的には、タイマ出力部33は、本構成例では、クロック信号Ckの数をカウントするようなカウンタを有している。タイマ出力部33のカウンタは、パルス開始信号Psのタイミングでゼロからのカウントアップを開始し、カウント値Monまでカウントを継続する。タイマ出力部33は、このようにカウントを継続している期間にONを出力し、カウントが終了した時点からOFFを出力し、このような出力をPWM通知信号Fpとしている。また、タイマ出力部33は、パルス幅算出部34が算出したパルス幅と立上りエッジ検出部21から供給されたパルス開始信号Psとに基づいて、PWM通知信号Fpを生成して出力するPWM通知信号生成部として機能している。
本実施の形態でのPWM復調部20およびPWM変調部30は、以上のように構成している。すなわち、PWM通知信号Fpの各パルスの立上るタイミングは、PWM指令信号Siから復元したパルス開始信号Psに基づいている。これより、PWM通知信号Fpの各パルスの位相は、PWM指令信号Siのパルスの位相と同期している。また、PWM通知信号Fpの各パルスのパルス周期幅も、PWM指令信号Siから復元したパルス周期幅Tpに基づいている。これより、PWM通知信号Fpの各パルスのパルス周期幅も、PWM指令信号Siのパルスのパルス周期幅と同期している。このように、PWM通知信号FpをPWM指令信号Siに同期させることにより、PWM通知信号Fpの信号伝送線19fから輻射される磁界が、常に、PWM指令信号Siの信号伝送線19sから輻射される磁界のほぼ逆方向の磁界となる。このため、両信号伝送線19から輻射される不要輻射を打ち消し、不要輻射を低減することができる。
さらに、PWM指令信号Siを、互いに異なったパルス周期幅のパルス周期を含むようなパルス列で構成した信号としている。そして、PWM通知信号Fpは、PWM指令信号Siに同期している。これによって、各パルス周期に含まれる周波数成分を分散させて低レベルとすることができ、両伝送線から輻射される不要輻射をさらに低減することができる。
また、本実施の形態では、PWM通知信号Fpによって送出する通知信号を速度検出信号Vdとしている。ここで、上位コントローラ11からの速度指令信号Vrに従って、ロータの回転速度がこの速度指令信号Vrの速度になると、速度検出信号Vdは速度指令信号Vrにほぼ等しくなる。すなわち、指令された回転速度となった時点で、PWM通知信号Fpの波形はPWM指令信号Siの波形とほぼ等しくなる。このような等しい波形どうしの信号が、信号伝送線19sと信号伝送線19fとの双方で伝送される。このため、両信号線から輻射される磁界も逆方向に近似した磁界となり、不要輻射がより効果的に打ち消されることになり、不要輻射の低減効果をさらに高めることができる。
また、立上りエッジ検出部21がエッジを検出しない期間はパルス開始信号Psを出力せず、これに応じてタイマ出力部33もこの期間はPWM通知信号Fpを出力しないような構成とすることも可能である。このような構成とすることにより、PWM指令信号Siを受け取ったときのみPWM通知信号Fpを送出するため、不要にPWM通知信号Fpが送出される頻度を抑制でき、不要輻射の低減効果をさらに高めることができる。
なお、以上の説明では、PWM復調部20およびPWM変調部30を、カウンタなどを利用して構成した一例を挙げて説明したが、マイコンなどを利用して構成することも可能である。すなわち、上述したようなPWM復調部20およびPWM変調部30の機能をプログラムとして組み込み、上述のような処理を実行するよう構成すればよい。また、上述の構成例では、パルスの立上りを基準としてON期間のパルス幅を変調するような一例を挙げて説明したが、パルスの立下りを基準としたり、OFF期間のパルス幅を変調したりするような構成であってもよい。要するに、モータ制御装置10において、受け取ったPWM指令信号Siに同期したPWM通知信号Fpを生成して送出するような構成であればよい。
また、以上の説明では、PWM指令信号Siを互いに異なったパルス周期幅のパルス周期を含むようなパルス列で構成する1つの手法として、図4に示すように各パルス周期の周波数を所定のパターンに従って、一定な変化量dNずつ高くしていく例を挙げている。しかし、例えば、所定のパターンに従って低くしたり、他のパターンで各パルス周期の周波数を変化させたりしてもよい。例えば、図4に示すようなパターンでは、周波数が高いほど、高い側のパルス周期の出現頻度が高くなり、周波数分布において完全には均一とならない。そこで、例えば、次のような式で定義される関数に従って、各時間における周波数を決定してもよい。
Figure 0005387805
ここで、fstartは開始周波数[Hz]、dFは周波数変化量[Hz/1パルス]、tは経過時間[ms]である。また、図7は、この式に基づく、周波数の変化を示した図である。PWM変調部120の周期変化量算出部127において、このような式に基づき変化量dNを順次算出するように構成してもよい。
次にブラシレスモータ50の詳細な構成について説明する。
図8は、本発明の実施の形態におけるブラシレスモータ50の断面図である。本実施の形態では、ロータがステータの内周側に回転自在に配置されたインナロータ型のブラシレスモータ50の例を挙げて説明する。
図8に示すように、ブラシレスモータ50は、ステータ51、ロータ52、回路基板53およびモータケース54を備えている。モータケース54は密封された円筒形状の金属で形成されており、ブラシレスモータ50は、このようなモータケース54内にステータ51、ロータ52および回路基板53を収納した構成である。
図8において、ステータ51は、ステータ鉄心55に相ごとの巻線56を巻回して構成される。ステータ鉄心55は、内周側に突出した複数の突極を有している。また、ステータ鉄心55の外周側は概略円筒形状であり、その外周がモータケース54に固定されている。ステータ51の内側には、空隙を介してロータ52が挿入されている。ロータ52は、ロータフレーム57の外周に円筒形状の永久磁石58を保持し、軸受59で支持された回転軸60を中心に回転自在に配置される。すなわち、ステータ鉄心55の突極の先端面と永久磁石58の外周面とが対向するように配置されている。このようなステータ51と軸受59で支持されるロータ52とによりモータ40が構成されている。
さらに、このブラシレスモータ50には、各種の回路部品41を実装した回路基板53がモータケース54の内部に内蔵されている。これら回路部品41によって、モータ40を制御や駆動するためのモータ制御装置10が具体的に構成されている。また、回路基板53には、ロータ52の回転位置を検出するために、ホール素子などによる位置検出センサ49も実装されている。ステータ鉄心55には支持部材61が装着されており、回路基板53は、この支持部材61を介してモータケース54内に固定される。そして、U相、V相、W相それぞれの巻線56U、56V、56Wの端部が引出線56aとしてステータ51から引き出されており、回路基板53にそれぞれの引出線56aが接続されている。
また、ブラシレスモータ50からは、上位コントローラ11と接続するための信号伝送線19が引き出されている。
以上のように構成されたブラシレスモータ50に対して、外部から電源電圧やPWM指令信号Siを供給することにより、回路基板53上に構成されたモータ制御装置10によって巻線56に駆動電流が流れ、ステータ鉄心55から磁界が発生する。そして、ステータ鉄心55からの磁界と永久磁石58からの磁界とにより、それら磁界の極性に応じて吸引力および反発力が生じ、これらの力によって回転軸60を中心にロータ52が回転する。
以上説明したように、本発明のモータ制御システムは、指令信号からPWM指令信号を生成し、生成したPWM指令信号を送出するとともに通知信号から生成されたPWM通知信号を受け取る上位コントローラと、指令信号から生成されたPWM指令信号を受け取るとともに通知信号からPWM通知信号を生成し、生成したPWM通知信号を送出するモータ制御装置と、PWM指令信号およびPWM通知信号がそれぞれにパルス信号として伝送される信号伝送線と、モータ制御装置によって回転制御されるモータとを備える。上位コントローラは、パルス周期幅に対するパルス幅の比率であるデューティを指令信号によって変調したPWM指令信号を生成し、PWM指令信号を、信号伝送線を介してモータ制御装置に送出する。モータ制御装置は、デューティを通知信号によって変調したPWM通知信号を生成し、PWM通知信号を、PWM指令信号に同期させ、信号伝送線を介して上位コントローラに送出する。そして、上位コントローラが送出するPWM指令信号は、互いに異なったパルス周期幅のパルス周期を含む構成である。
また、本発明のモータ制御装置は、PWM指令信号を復調し、指令信号を復元するPWM復調部と、指令信号に応じて、モータの駆動信号を生成する回転制御部と、駆動信号に基づいて、モータの巻線を通電駆動する駆動電圧を生成する通電駆動部と、外部に通知するための通知信号を生成する通知信号生成部と、デューティが通知信号によって変調されたPWM通知信号を生成するPWM変調部とを備える。そして、PWM変調部は、PWM指令信号のパルス周期幅に同期してPWM通知信号を生成し、送出する構成である。
また、本発明ブラシレスモータは、ロータと、3相の巻線を備えたステータと、巻線を通電駆動する上記モータ制御装置とを備えた構成である。
また、本発明のモータ制御方法は、上位コントローラにより、互いに異なったパルス周期幅のパルス周期を含むとともに、パルス周期幅に対するパルス幅の比率であるデューティを指令信号によって変調したPWM指令信号を、モータ制御装置に対して送出する。また、モータ制御装置により、受け取ったPWM指令信号から指令信号を復元し、復元した指令信号に基づいてモータを回転動作させるとともに、外部に通知するための通知信号を生成する。さらに、PWM指令信号のパルス周期幅に同期して、デューティが通知信号によって変調されたPWM通知信号を生成する。そして、モータ制御装置から上位コントローラに対して、生成したPWM通知信号を送出する。
このような構成により、PWM指令信号とPWM通知信号とが同期することで両信号のパルス周期幅が等しくなるとともに、両信号が互いに逆方向へと伝送される。これによって、PWM指令信号の伝送線から輻射される磁界とPWM通知信号の伝送線から輻射される磁界とが、常にほぼ逆方向の磁界となる。このため、両伝送線から輻射される不要輻射が打ち消されることになり、不要輻射を低減できる。
さらに、PWM指令信号は、互いに異なったパルス周期幅のパルス周期を含むため、PWM指令信号およびそれに同期したPWM通知信号の周波数成分が1つの周波数に集中せず、周波数成分を分散して低レベルとすることができる。このため、両伝送線から輻射される不要輻射をさらに低減できる。
したがって、本発明によれば、ノイズ対策用としての特別な部品や部材を必要せず、簡易な構成で不要輻射を低減できるモータ制御システム、モータ制御装置、ブラシレスモータおよびモータ制御方法を提供できる。
本発明のモータ制御システム、モータ制御装置、ブラシレスモータおよびモータ制御方法は、不要輻射を低減できるため、特に不要輻射を抑えることが求められる電装用のモータに好適であり、さらに電気機器に使用されるモータにも有用である。
10 モータ制御装置
11 上位コントローラ
12 回転制御部
13 通電駆動部
14 PWM駆動回路
15 インバータ
16 位置検出部
17 回転速度算出部
19,19f,19s 信号伝送線
20,130 PWM復調部
21,131 立上りエッジ検出部
22,132 エッジ周期検出部
23,31,121,133 デューティ算出部
24 速度指令算出部
25,127 周期変化量算出部
26 最大最小周期判定部
27 次周期算出部
29 次周期推定部
30,120 PWM変調部
32,122 変調カウント数算出部
33,123 タイマ出力部
34,124 パルス幅算出部
40 モータ
41 回路部品
49 位置検出センサ
50 ブラシレスモータ
51 ステータ
52 ロータ
53 回路基板
54 モータケース
55 ステータ鉄心
56,56U,56V,56W 巻線
56a 引出線
57 ロータフレーム
58 永久磁石
59 軸受
60 回転軸
61 支持部材
100 モータ制御システム
110 コントロール部
125 PWM周期算出部
126 開始周期設定部
134 速度検出値算出部

Claims (11)

  1. 上位コントローラの指令に基づいて、モータ制御装置がモータを回転制御するモータ制御システムであって、
    指令信号からPWM指令信号を生成し、生成した前記PWM指令信号を送出するとともに通知信号から生成されたPWM通知信号を受け取る前記上位コントローラと、
    前記指令信号から生成された前記PWM指令信号を受け取るとともに前記通知信号から前記PWM通知信号を生成し、生成した前記PWM通知信号を送出する前記モータ制御装置と、
    前記PWM指令信号および前記PWM通知信号がそれぞれにパルス信号として伝送される信号伝送線と、
    前記モータ制御装置によって回転制御される前記モータとを備え、
    前記上位コントローラは、パルス周期幅に対するパルス幅の比率であるデューティを前記指令信号によって変調した前記PWM指令信号を生成し、前記PWM指令信号を、前記信号伝送線を介して前記モータ制御装置に送出し、
    前記モータ制御装置は、前記デューティを前記通知信号によって変調した前記PWM通知信号を生成し、前記PWM通知信号を、前記PWM指令信号に同期させ、前記信号伝送線を介して前記上位コントローラに送出し、
    前記上位コントローラが送出する前記PWM指令信号は、互いに異なった前記パルス周期幅のパルス周期を含むことを特徴とするモータ制御システム。
  2. 前記指令信号は、前記モータの回転速度を指令する速度指令信号であり、
    前記通知信号は、前記モータの実回転から検出した回転速度を示す速度検出信号であることを特徴とする請求項1に記載のモータ制御システム。
  3. 前記上位コントローラは、前記パルス周期幅をパルス周期ごとに変更した前記PWM指令信号を生成し、生成した前記PWM指令信号を送出することを特徴とする請求項1に記載のモータ制御システム。
  4. 前記上位コントローラは、所定のパターンに従って、前記パルス周期幅をパルス周期ごとに所定幅ずつ変更した前記PWM指令信号を生成し、生成した前記PWM指令信号を送出することを特徴とする請求項1に記載のモータ制御システム。
  5. 前記上位コントローラは、所定の式に従って各パルス周期幅の出現頻度が一様となるように、前記パルス周期幅を変更した前記PWM指令信号を生成し、生成した前記PWM指令信号を送出することを特徴とする請求項1に記載のモータ制御システム。
  6. 前記上位コントローラは、
    前記PWM指令信号のパルス周期幅をパルス周期ごとに算出するPWM周期算出部と、
    前記PWM周期算出部が算出したパルス周期幅と前記指令信号とに基づいて、パルス幅を算出するパルス幅算出部と、
    前記PWM周期算出部が算出したパルス周期幅と前記パルス幅算出部が算出したパルス幅とに基づいて、前記PWM指令信号を生成し、送出する上位側のPWM変調部とを備えたことを特徴とする請求項1に記載のモータ制御システム。
  7. 互いに異なったパルス周期幅のパルス周期を含むとともに、前記パルス周期幅に対するパルス幅の比率であるデューティが指令信号によって変調されたPWM指令信号を受け取り、受け取った前記PWM指令信号から復元した前記指令信号に応じた回転動作を行うように、モータを回転制御するモータ制御装置であって、
    前記PWM指令信号を復調し、前記指令信号を復元するPWM復調部と、
    前記指令信号に応じて、前記モータの駆動信号を生成する回転制御部と、
    前記駆動信号に基づいて、前記モータの巻線を通電駆動する駆動電圧を生成する通電駆動部と、
    外部に通知するための通知信号を生成する通知信号生成部と、
    前記デューティが前記通知信号によって変調されたPWM通知信号を生成するPWM変調部とを備え、
    前記PWM変調部は、前記PWM指令信号のパルス周期幅に同期して前記PWM通知信号を生成し、送出することを特徴とするモータ制御装置。
  8. 前記指令信号は、前記モータの回転速度を指令する速度指令信号であり、
    前記通知信号は、前記モータの実回転から検出した回転速度を示す速度検出信号であることを特徴とする請求項7に記載のモータ制御装置。
  9. 前記PWM復調部は、
    所定方向に変化するエッジのタイミングを検出するエッジタイミング検出部と、
    前記エッジの周期幅を検出するエッジ周期検出部と、
    前記エッジ周期検出部が検出した前記エッジの周期幅と、所定のパターンに従ったパルス周期の変更幅とに基づいて、次のパルス周期幅を算出する次周期算出部とを備え、
    前記PWM変調部は、
    前記通知信号と前記次周期算出部で算出したパルス周期幅とに基づいて、前記PWM通知信号のパルス幅を算出するパルス幅算出部と、
    前記パルス幅算出部が算出したパルス幅と、前記エッジタイミング検出部が検出したタイミングとに基づいて、前記PWM通知信号を生成して出力するPWM通知信号生成部とを備えたことを特徴とする請求項7に記載のモータ制御装置。
  10. ロータと、3相の巻線を備えたステータと、前記巻線を通電駆動する請求項7に記載のモータ制御装置とを備えたことを特徴とするブラシレスモータ。
  11. 上位コントローラにより指令信号から生成したPWM指令信号を送出し、モータ制御装置が前記PWM指令信号を受け取って、受け取った前記PWM指令信号から復元した前記指令信号に応じた回転動作となるようにモータを回転制御するモータ制御方法であって、
    前記上位コントローラにより、互いに異なったパルス周期幅のパルス周期を含むとともに、前記パルス周期幅に対するパルス幅の比率であるデューティを前記指令信号によって変調した前記PWM指令信号を、前記モータ制御装置に対して送出し、
    前記モータ制御装置により、受け取った前記PWM指令信号から前記指令信号を復元し、復元した前記指令信号に基づいて前記モータを回転動作させるとともに、外部に通知するための通知信号を生成し、前記PWM指令信号のパルス周期幅に同期して、デューティが前記通知信号によって変調されたPWM通知信号を生成し、
    前記モータ制御装置から前記上位コントローラに対して、生成した前記PWM通知信号を送出することを特徴とするモータ制御方法。
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