JP5489015B2 - 初期補正機能を有するモーター駆動装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、モーターの変更時又は特性ドリフトに対応できるように初期補正機能を有するモーター駆動装置及び方法に関する。

一般に、モーター駆動装置は、モーターを所望の速度で駆動させるためにモーターの速度を検出する機能と、モーターの駆動電流が過電流の場合にモーターの駆動を停止させる保護機能と、を含むことができる。

例えば、モーター駆動装置は、過電流を防止するために、抵抗を用いて駆動電流をモニタリングする保護機能を含むこともある。

このような保護機能は、ピーク電流を検出して過電流と判断される場合、駆動装置をシャットダウン（Ｓｈｕｔ ｄｏｗｎ）させる。

なお、モーターは、製作上の様々な原因でそれぞれの駆動電流が互いに異なることになるバラツキが存在することがある。また、モーターの使用時間が長くなるにつれモーターの特性ドリフト現象が起こり、これにより、それぞれの駆動電流が互いに異なることになることがある。

従来は、モーターの電流のバラツキを減らすために、外部で抵抗を用いて調節（Ｔｒｉｍ）する方法が用いられてきたが、これはＤＣ動作でのみ可能であり、最近では、ブラシレス（ＢＬＤＣ）モーターにおいてＰＷＭ制御を用いるため、 外部素子の使用に限界があるという短所がある。したがって、モーターの電流のバラツキを減らすことができる駆動装置が必要となっている。

さらに、従来のモーター駆動装置は、モーターの電流のバラツキを減らすことができる初期補正機能を提供しないため、モーターのサンプル間に存在するバラツキやモーターの特性ドリフトに適宜対応することができないという問題がある。

本発明は、上述した従来技術の問題を解決するためのもので、モーターの変更時又は特性ドリフトに対応できるように初期補正機能を有するモーター駆動装置及び方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の技術的側面は、モーターの駆動電流を提供するインバーターを介して当該モーターに流れる駆動電流に対応する電圧を検出する電流検出部と、当該電流検出部によって検出された検出電圧のピーク値を検出するピーク値検出部と、当該ピーク値検出部からの検出電圧をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、上記モーターの駆動開始時点から既設定された時間までの初期駆動区間に当該モーターを駆動させて上記Ａ／Ｄ変換部からのデジタル信号に基づいて当該モーターの駆動電流のオフセットを補正する駆動制御部と、を含むモーター駆動装置を提供する。

上記電流検出部は、上記インバーターを介して接地に流れる電流を検出するように当該インバーターと当該接地との間に連結された抵抗を含み、当該抵抗の抵抗値と当該抵抗に流れる電流とによって決められる電圧を検出するように構成されることができる。

上記ピーク値検出部は、上記電流検出部によって検出された交流の検出電圧の包絡線を検出してピーク値を検出する包絡線検出器からなることができる。

上記ピーク値検出部は、上記電流検出部によって検出された交流の検出電圧を積分してピーク値を検出する積分器を含むことができる。

上記ピーク値検出部は、上記電流検出部によって検出された交流の検出電圧が入力される第１の入力端及び第２の入力端を有する演算増幅器と、当該演算増幅器の出力端と当該第２の入力端との間に連結されたキャパシタと、を含むことができる。

上記駆動制御部は、上記初期駆動区間にモーターの駆動を制御し上記Ａ／Ｄ変換部からのデジタル信号のサイズに対応して予め設定されたオフセット補正値で上記モーターの駆動電流のオフセットを補正するＰＷＭ制御部と、当該ＰＷＭ制御部の制御によりゲート信号を生成して上記インバーターに提供するゲートドライバと、を含むことができる。

上記初期駆動区間は、上記モーターの駆動開始時点から予め決められた上記モーターの回転数までの区間であることができる。

本発明の第２の技術的側面は、モーターの駆動電流を提供するインバーターを介して当該モーターに流れる駆動電流に対応する電圧を検出する電流検出段階と、当該電流検出段階によって検出された検出電圧のピーク値を検出するピーク値検出段階と、当該ピーク値検出段階からの検出電圧をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換段階と、上記モーターの駆動開始時点から既設定された時間までの初期駆動区間に当該モーターを駆動させて上記Ａ／Ｄ変換段階からのデジタル信号に基づいて当該モーターの駆動電流のオフセットを補正するモーター駆動制御段階と、を含むモーター駆動方法を提供する。

上記電流検出段階は、上記インバーターを介して接地に流れる電流を検出するように当該インバーターと当該接地との間に連結された抵抗の抵抗値と当該抵抗に流れる電流とによって決められる電圧を検出するように構成されることができる。

上記ピーク値検出段階は、上記電流検出段階によって検出された交流の検出電圧の包絡線検出によってピーク値を検出するように構成されることができる。

上記ピーク値検出段階は、上記電流検出段階によって検出された交流の検出電圧を積分してピーク値を検出するように構成されることができる。

上記駆動制御段階は、上記初期駆動区間にモーターの駆動を制御し、上記Ａ／Ｄ変換段階からのデジタル信号のサイズに対応して予め設定されたオフセット補正値で上記モーターの駆動電流のオフセットを補正するＰＷＭ制御段階と、当該ＰＷＭ制御段階の制御によりゲート信号を生成して上記インバーターに提供するゲート信号生成段階と、を含むことができる。

上記初期駆動区間は、上記モーターの駆動開始時点から予め決められた上記モーターの回転数までの区間であることができる。

本発明によると、モーターの変更時又は特性ドリフトに対応できるように初期補正機能を提供することにより、モーターが変更されるたびに変わる特性に対応することができ、時間が経過することにより変わる特性ドリフトにも適宜対応することができる効果がある。

本発明の第１の実施形態によるモーター駆動装置のブロック図である。 本発明の第２の実施形態によるモーター駆動方法のフローチャートである。 本発明の第１及び第２の実施形態によるモーター駆動動作の説明のための波形図である。

本発明は、後述する実施形態に限定されず、本発明の実施形態は、本発明の技術的思想の理解のためのものである。なお、添付図面において実質的に同一の構成及び機能を有する構成要素に対しては、同一符号を付して示す。

図１は、本発明の第１の実施形態によるモーター駆動装置のブロック図である。

図１を参照すると、本発明の第１の実施形態によるモーター駆動装置は、モーター６０の駆動電流を提供するインバーター５０を介して当該モーター６０に流れる駆動電流に対応する電圧を検出する電流検出部１００と、当該電流検出部１００によって検出された検出電圧のピーク値を検出するピーク値検出部２００と、当該ピーク値検出部２００からの検出電圧をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部３００と、上記モーター６０の駆動開始時点から既設定された時間までの初期駆動区間（△Ｔ）に当該モーター６０を駆動させて上記Ａ／Ｄ変換部３００からのデジタル信号に基づいて当該モーター６０の駆動電流のオフセットを補正する駆動制御部４００と、を含むことができる。

まず、上記駆動制御部４００の制御により、上記インバーター５０が駆動開始時点から既設定された時間までの初期駆動区間（△Ｔ）に上記モーター６０に駆動電流を供給することにより、当該モーター６０が駆動するようになる。ここで、上記初期駆動区間（△Ｔ）は、上記モーター６０の駆動開始時点から予め決められた上記モーター６０の回転数までの区間であることができる。例えば、オフセット補正に必要なモーター６０の回転数は、少なくとも１回転であり、２回転や３回転であることもできる。

この際、上記電流検出部１００は、上記モーター６０の駆動電流を提供するインバーター５０を介して当該モーター６０に流れる駆動電流に対応する電圧を検出することができる。

一具現例として、上記電流検出部１００は、上記インバーター５０を介して接地に流れる電流Ｉｍを検出するように当該インバーター５０と当該接地との間に連結された抵抗Ｒｄを含むことができる。この際、上記抵抗Ｒｄを用いると、当該抵抗Ｒｄの抵抗値と当該抵抗Ｒｄに流れる電流Ｉｍとによって決められる電圧（Ｖd＝Ｒｄ×Ｉｍ）を検出することができる。

次に、上記ピーク値検出部２００は、上記電流検出部１００によって検出された検出電圧のピーク値を検出して上記Ａ／Ｄ変換部３００に提供することができる。

ここで、上記ピーク値検出部２００は、ピーク値を検出できる回路、例えば、包絡線検出器や積分器で具現されることができる。

一例として、上記ピーク値検出部２００が包絡線検出器で具現される場合、上記電流検出部１００によって検出された交流の検出電圧の包絡線を検出してピーク値を検出することができる。

他の例として、上記ピーク値検出部２００が積分器で具現される場合、上記電流検出部１００によって検出された交流の検出電圧を積分してピーク値を検出することができる。

上記ピーク値検出部２００が積分器で具現される場合、上記ピーク値検出部２００は、演算増幅器とキャパシタとを備えて構成されていてもよい。演算増幅器は、電流検出部１００によって検出された交流の検出電圧が入力される第１の入力端及び第２の入力端を有してもよく、キャパシタは、第２の入力端と出力端との間に連結されてもよい。このような積分器は、演算増幅器とキャパシタとの接続構成によって、上記電流検出部１００によって検出された交流の検出電圧を積分してピーク値を提供することができる。

次いで、上記Ａ／Ｄ変換部３００は、上記ピーク値検出部２００からの検出電圧をデジタル信号に変換して上記駆動制御部４００に提供することができる。

そして、上記駆動制御部４００は、上記モーター６０の駆動開始時点から既設定された時間までの初期駆動区間（△Ｔ）に当該モーター６０を駆動させて、上記Ａ／Ｄ変換部３００からのデジタル信号に基づいて当該モーター６０の駆動電流のオフセットを補正することができる。

一具現例として、上記駆動制御部４００がＰＷＭ制御部４１０とゲートドライバ４２０とを含む場合、上記ＰＷＭ制御部４１０は、上記初期駆動区間（△Ｔ）にモーターの駆動を制御し、上記Ａ／Ｄ変換部３００からのデジタル信号のサイズに対応して予め設定されたオフセット補正値で、上記モーター６０の駆動電流のオフセットを補正することができる。また、上記ゲートドライバ４２０は、上記ＰＷＭ制御部４１０の制御によりゲート信号を生成して上記インバーター５０に提供することができる。

この際、上記モーター６０は、単相や３相等の型に応じてゲート信号及び該当駆動電流特性を有するため、上記インバーター５０は、当該モーター６０の型に対応するように採用されて当該モーター６０の駆動に必要な駆動電流を適宜生成して提供することができる。

上記Ａ／Ｄ変換部３００からのデジタル信号のサイズに対応するオフセット補正値を設定する方法の一つとしては、ルックアップテーブル４０５を用いて予め上記Ａ／Ｄ変換部３００から入力されることができるデジタル信号のサイズにそれぞれ対応するオフセット補正値を保存することができる。

他の方法としては、上記Ａ／Ｄ変換部３００から入力されることができるデジタル信号のサイズとオフセット補正値との関係式を予め決め、この関係式を用いて当該Ａ／Ｄ変換部３００からのデジタル信号のサイズに対応するオフセット補正値を提供することができる。

図２は、本発明の第２の実施形態によるモーター駆動方法のフローチャートである。

図２を参照すると、本発明の第２の実施形態によるモーター駆動方法は、モーター６０の駆動電流を提供するインバーター５０を介して当該モーター６０に流れる駆動電流に対応する電圧を検出する電流検出段階Ｓ１００と、当該電流検出段階Ｓ１００によって検出された検出電圧のピーク値を検出するピーク値検出段階Ｓ２００と、当該ピーク値検出段階Ｓ２００からの検出電圧をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換段階Ｓ３００と、上記モーター６０の駆動開始時点から既設定された時間までの初期駆動区間（△Ｔ）に当該モーター６０を駆動させて上記Ａ／Ｄ変換段階Ｓ３００からのデジタル信号に基づいて当該モーター６０の駆動電流のオフセットを補正するモーター駆動制御段階Ｓ４００と、を含むことができる。

まず、上記インバーター５０が上記モーター６０の駆動開始時点から既設定された時間までの初期駆動区間（△Ｔ）に当該モーター６０に駆動電流を供給することにより、当該モーター６０が駆動するようになる。ここで、上記初期駆動区間（△Ｔ）は、上記モーター６０の駆動開始時点から予め決められた上記モーター６０の回転数までの区間であることができる。例えば、オフセット補正に必要なモーター６０の回転数は、少なくとも１回転であり、２回転や３回転であることもできる。

この際、上記電流検出段階Ｓ１００では、上記モーター６０の駆動電流を提供するインバーター５０を介して当該モーター６０に流れる駆動電流に対応する電圧を検出することができる。

一具現例として、上記電流検出段階Ｓ１００では、上記インバーター５０と接地との間に連結された抵抗Ｒｄの抵抗値と当該抵抗Ｒｄに流れる電流Ｉｍとによって決められる電圧（Ｖd＝Ｒｄ×Ｉｍ）を検出することができる。

次に、上記ピーク値検出段階Ｓ２００では、上記電流検出段階Ｓ１００によって検出された検出電圧のピーク値を検出して上記Ａ／Ｄ変換段階Ｓ３００に提供することができる。

ここで、上記ピーク値検出段階Ｓ２００では、ピーク値を検出できる包絡線検出や積分を用いて当該ピーク値を求めることができる。

次いで、上記Ａ／Ｄ変換段階Ｓ３００では、上記ピーク値検出段階Ｓ２００からの検出電圧をデジタル信号に変換して上記駆動制御段階Ｓ４００に提供することができる。

そして、上記駆動制御段階Ｓ４００では、上記モーター６０の駆動開始時点から既設定された時間までの初期駆動区間（△Ｔ）に当該モーター６０を駆動させて、上記Ａ／Ｄ変換段階Ｓ３００からのデジタル信号に基づいて当該モーター６０の駆動電流のオフセットを補正することができる。

一具現例として、上記駆動制御段階Ｓ４００がＰＷＭ制御段階Ｓ４１０とゲート信号生成段階Ｓ４２０とを含む場合、上記ＰＷＭ制御段階Ｓ４１０では、上記初期駆動区間（△Ｔ）にモーターの駆動を制御し、上記Ａ／Ｄ変換段階Ｓ３００からのデジタル信号のサイズに対応して予め設定されたオフセット補正値で、上記モーター６０の駆動電流のオフセットを補正することができる。また、上記ゲート信号生成段階Ｓ４２０では、上記ＰＷＭ制御部４１０の制御によりゲート信号を生成して上記インバーター５０に提供することができる。

図３は、本発明の第１及び第２の実施形態によるモーター駆動動作の説明のための波形図である。

図３中、ＰＷＭ１は、補正前のＰＷＭ信号であり、Ｉ１は、補正前のＰＷＭ信号ＰＷＭ１によって生成される駆動電流であり、ＰＷＭ２は、補正されたＰＷＭ信号であり、Ｉ２は、補正されたＰＷＭ信号ＰＷＭ２によって生成される駆動電流である。

図３を参照すると、Ｉ１及びＩ２から分かるように、バラツキや特性ドリフトによるオフセット補正を行わない従来技術では、予め決められたＰＷＭ信号ＰＷＭ１によりオフセット補正されない駆動電流Ｉ１を提供するため、バラツキや特性ドリフトに適宜対応することができない。

これに対し、バラツキや特性ドリフトによるオフセット補正を行う本発明の実施形態によると、予め決められたＰＷＭ信号ＰＷＭ１に対してオフセット補正したＰＷＭ信号ＰＷＭ２により新たな駆動電流Ｉ２を提供できるため、バラツキや特性ドリフトに適宜対応することができる。

前述したように、モーターの生産時にそれぞれの駆動電流が互いに異なりそれぞれの磁界特性が互いに異なるように分布されることがあり、このようなモーターのバラツキが大きくなることは、モーターの不良率が増加することを意味する。このバラツキによるオフセットを補正するために、従来技術では、モーターの外部ドライバコントローラーで抵抗やキャップを用いて補正しなければならず、マニュアル工程による長時間及び高コストの問題があった。

しかしながら、本発明の実施形態によると、モーターの駆動開始時点から既設定された時間までの初期駆動区間に当該モーターを駆動させ、検出される駆動電流に基づいて当該モーターの駆動電流のオフセットを補正することにより、バラツキを減らし、時間の経過により特性が変わるドリフト現象に対応することができる。

６０ モーター
５０ インバーター
１００ 電流検出部
２００ ピーク値検出部
３００ Ａ／Ｄ変換部
４００ 駆動制御部

Claims (13)

1. モーターの駆動電流を提供するインバーターを介して当該モーターに流れる駆動電流に対応する電圧を検出する電流検出部と、
   前記電流検出部によって検出された検出電圧のピーク値を検出するピーク値検出部と、
   前記検出電圧のピーク値をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、
   前記モーターの駆動開始時点から既設定された時間までの初期駆動区間に当該モーターを駆動させて、前記デジタル信号に基づいて当該モーターの駆動電流のオフセットを補正する駆動制御部と
   を含む、モーター駆動装置。
2. 前記電流検出部は、
   前記インバーターを介して接地に流れる電流を検出するように当該インバーターと当該接地との間に連結された抵抗を含み、
   前記抵抗の抵抗値と前記抵抗に流れる電流とによって決められる電圧を検出する、請求項１に記載のモーター駆動装置。
3. 前記検出電圧は交流電圧であり、
   前記ピーク値検出部は、前記検出電圧の包絡線を検出してピーク値を検出する包絡線検出器を含む、請求項１または２に記載のモーター駆動装置。
4. 前記検出電圧は交流電圧であり、
   前記ピーク値検出部は、前記検出電圧を積分してピーク値を検出する積分器を含む、請求項１または２に記載のモーター駆動装置。
5. 前記ピーク値検出部は、
   前記検出電圧が入力される第１の入力端及び第２の入力端を有する演算増幅器と、
   前記演算増幅器の出力端と前記第２の入力端との間に連結されたキャパシタと
   を含む、請求項４に記載のモーター駆動装置。
6. 前記駆動制御部は、
   前記初期駆動区間にモーターの駆動を制御し、前記デジタル信号で表される値の大きさに対応する予め設定されたオフセット補正値で前記モーターの駆動電流のオフセットを補正するＰＷＭ制御部と、
   前記ＰＷＭ制御部の制御によりゲート信号を生成して前記インバーターに提供するゲートドライバと
   を含む、請求項１から５の何れか１項に記載のモーター駆動装置。
7. 前記初期駆動区間は、
   前記モーターの駆動開始時点から予め決められた前記モーターの回転数に達するまでの区間である、請求項１から６の何れか１項に記載のモーター駆動装置。
8. モーターの駆動電流を提供するインバーターを介して当該モーターに流れる駆動電流に対応する電圧を検出する電流検出段階と、
   前記電流検出段階によって検出された検出電圧のピーク値を検出するピーク値検出段階と、
   前記検出電圧のピーク値をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換段階と、
   前記モーターの駆動開始時点から既設定された時間までの初期駆動区間に当該モーターを駆動させて、前記デジタル信号に基づいて当該モーターの駆動電流のオフセットを補正するモーター駆動制御段階と
   を含む、モーター駆動方法。
9. 前記電流検出段階は、
   前記インバーターを介して接地に流れる電流を検出するように当該インバーターと当該接地との間に連結された抵抗の抵抗値と当該抵抗に流れる電流とによって決められる電圧を検出する、請求項８に記載のモーター駆動方法。
10. 前記検出電圧は交流電圧であり、
    前記ピーク値検出段階は、前記検出電圧の包絡線検出によってピーク値を検出する、請求項８または９に記載のモーター駆動方法。
11. 前記検出電圧は交流電圧であり、
    前記ピーク値検出段階は、前記検出電圧を積分してピーク値を検出する、請求項８または９に記載のモーター駆動方法。
12. 前記駆動制御段階は、
    前記初期駆動区間にモーターの駆動を制御し、前記デジタル信号のサイズに対応して予め設定されたオフセット補正値で前記モーターの駆動電流のオフセットを補正するＰＷＭ制御段階と、
    前記ＰＷＭ制御段階の制御によりゲート信号を生成して前記インバーターに提供するゲート信号生成段階と
    を含む、請求項８から１１の何れか１項に記載のモーター駆動方法。
13. 前記初期駆動区間は、
    前記モーターの駆動開始時点から予め決められた前記モーターの回転数に達するまでの区間である、請求項８から１１の何れか１項に記載のモーター駆動方法。

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