JP6563434B2 - モータ駆動制御装置及びモータ駆動制御方法 - Google Patents

Description

この発明は、モータ駆動制御装置及びモータ駆動制御方法に関し、特に、モータに流れる電流を制限するモータ駆動制御装置及びモータ駆動制御方法に関する。

従来、回転数毎に過電流を検出可能とするモータ駆動制御装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

下記特許文献１には、モータの制御装置において、モータに流れる電流に対応する電圧値と記憶手段に記憶されている電圧値とを比較して、モータの回転数毎に過負荷や過電流を検出することが記載されている。記憶手段には、予め、モータの過電流状態時の電流に相当する電圧値が、モータの回転数毎、種類毎に求められ、記憶されている。

特開２００１−０８６７８５号公報

例えばファンモータ等に用いられるモータ駆動制御装置において、発熱しやすい電子部品をファンモータの回転時に発生する風で冷却することで、電子部品の発熱を抑制することが行われる。例えば電子部品をファンモータの回転に伴って発生する風の影響を受けやすい位置に配置することにより、電子部品を冷却することができる。

しかしながら、ファンモータにごみなどの異物が挟まることなどにより、モータの負荷が急激に増え、かつ、モータが高速回転を行うことができない状態が発生する場合がある。このような場合には、ファンモータの回転時に発生する風量は少なくなり、風による電子部品の冷却効果が望めなくなる。そうすると、十分に電子部品を冷却することができない状態で、大きな負荷によって電子部品が発熱する状態になってしまう。

このようにモータの負荷が急激に増え、かつ、モータが高速回転を行うことができない状態が発生しないように、モータに流れる電流を制限する必要がある。その一方で、モータの種類によって最大回転数が異なり、回転数に対する発熱の大きさも異なる。そのため、モータの種類毎に、モータの回転速度に応じた適切な電流制限値を設定することは容易ではなく、特許文献１のような、回転数により過電流を検出する方法は、汎用的に用いることはできない。

この発明はそのような問題点を解決するためになされたものであり、様々な動作状態において適切にモータに流れる電流を制限することができるモータ駆動制御装置及びモータ駆動制御方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するためこの発明のある局面に従うと、モータ駆動制御装置は、モータのロータの実際の回転数に関する実回転数情報とモータの回転数に関する速度指令情報とに基づいて、モータを駆動させるための駆動制御信号を出力する制御回路部と、制御回路部から出力された駆動制御信号に基づいて、モータに駆動信号を出力してモータを駆動させるモータ駆動部とを備え、制御回路部は、モータの駆動電流を検出する電流検出部と、速度指令情報と実回転数情報とに基づいて、駆動制御信号を出力するための設定デューティを生成する設定デューティ生成部と、設定デューティと、速度指令情報に対応する指示デューティとに基づいて、電流制限値を決定する制限値決定部と、電流検出部により検出されたモータの駆動電流と制限値決定部により決定された電流制限値とに基づいて、モータの駆動電流を制限する制限部とを有する。

好ましくは、制限値決定部は、指示デューティに基づいて第１閾値を決定するとともに、設定デューティと第１閾値との比較結果に基づいて、電流制限値を第１電流制限値に決定するか、電流制限値を第１電流制限値よりも低い第２電流制限値に決定するかを切り替える。

好ましくは、制限値決定部は、指示デューティに所定の第１係数を乗じた値に基づいて、第１閾値を決定する。

好ましくは、制限値決定部は、設定デューティが第１閾値を超えている状態が第１所定時間継続したとき、電流制限値を第２電流制限値に決定する。

好ましくは、制限値決定部は、指示デューティに基づいて第１閾値よりも小さい第２閾値を決定するとともに、設定デューティと第１閾値との比較結果と、設定デューティと第２閾値との比較結果とに基づいて、電流制限値を第１電流制限値に決定するか、第２電流制限値に決定するかを切り替える。

好ましくは、制限値決定部は、指示デューティに所定の第２係数を乗じた値に基づいて、第２閾値を決定する。

好ましくは、制限値決定部は、設定デューティが第２閾値よりも小さい状態が第２所定時間継続したとき、電流制限値を第１電流制限値に決定する。

好ましくは、制限値決定部は、指示デューティが所定値以下である場合において、第１閾値及び第２閾値をそれぞれ一定の値に決定する。

好ましくは、制限部は、駆動制御信号を設定デューティに基づいて出力するか否かを切り替えることにより、モータの駆動電流を制限する。

この発明の他の局面に従うと、モータを駆動するモータ駆動制御方法において、モータは、モータのロータの実際の回転数に関する実回転数情報とモータの回転数に関する速度指令情報とに基づいて、モータを駆動させるための駆動制御信号を出力する制御回路部と、制御回路部から出力された駆動制御信号に基づいて、モータに駆動信号を出力してモータを駆動させるモータ駆動部と、モータの駆動電流を検出する電流検出部とを備え、モータ駆動制御方法は、速度指令情報と実回転数情報とに基づいて、駆動制御信号を出力するための設定デューティを生成する設定デューティ生成ステップと、設定デューティと、速度指令情報に対応する指示デューティとに基づいて、電流制限値を決定する制限値決定ステップと、電流検出部により検出されたモータの駆動電流と制限値決定ステップにより決定された電流制限値とに基づいて、モータの駆動電流を制限する制限ステップとを備える。

これらの発明に従うと、様々な動作状態において適切にモータに流れる電流を制限することができるモータ駆動制御装置及びモータ駆動制御方法を提供することができる。

本発明の実施の形態の１つにおけるモータ駆動制御装置の回路構成を示すブロック図である。 制御回路部の構成を示すブロック図である。 指示デューティと閾値との関係の一例を示すグラフである。 制御回路部の電流制限値の決定動作を示すフローチャートである。 正常値処理を示すフローチャートである。 設定継続処理を示すフローチャートである。 異常値処理を示すフローチャートである。 モータ駆動制御装置の動作の一例を説明するタイミングチャートである。

以下、本発明の実施の形態におけるモータ駆動制御装置について説明する。

［実施の形態］

図１は、本発明の実施の形態の１つにおけるモータ駆動制御装置の回路構成を示すブロック図である。

図１に示すように、モータ駆動制御装置１は、モータ２０を駆動させる。本実施の形態において、モータ２０は、例えば３相のブラシレスモータである。モータ駆動制御装置１は、モータ２０の電機子コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗに周期的に駆動電流を流すことで、モータ２０を回転させる。

モータ駆動制御装置１は、モータ駆動部２と、制御回路部４とを有している。なお、図１に示されているモータ駆動制御装置１の構成要素は、全体の一部であり、モータ駆動制御装置１は、図１に示されたものに加えて、他の構成要素を有していてもよい。

本実施の形態において、モータ駆動制御装置１は、その全部がパッケージ化された集積回路装置（ＩＣ）である。なお、モータ駆動制御装置１の一部が１つの集積回路装置としてパッケージ化されていてもよいし、他の装置と一緒にモータ駆動制御装置１の全部又は一部がパッケージ化されて１つの集積回路装置が構成されていてもよい。

モータ駆動部２は、インバータ回路２ａ及びプリドライブ回路２ｂを有する。モータ駆動部２は、制御回路部４から出力された駆動制御信号Ｓｄに基づいて、モータ２０に駆動信号を出力し、モータ２０を駆動させる。

プリドライブ回路２ｂは、制御回路部４による制御に基づいて、インバータ回路２ａを駆動するための出力信号を生成し、インバータ回路２ａに出力する。インバータ回路２ａは、プリドライブ回路２ｂから出力された出力信号に基づいてモータ２０に駆動信号を出力し、モータ２０が備える電機子コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗに通電する。インバータ回路２ａは、例えば、直流電源Ｖｃｃの両端に設けられた２つのスイッチ素子の直列回路の対が、電機子コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗの各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に対してそれぞれ配置されて構成されている。２つのスイッチ素子の各対において、スイッチ素子同士の接続点に、モータ２０の各相の端子が接続されている（不図示）。プリドライブ回路２ｂは、出力信号として、例えば、インバータ回路２ａの各スイッチ素子に対応する６種類の信号Ｖｕｕ，Ｖｕｌ，Ｖｖｕ，Ｖｖｌ，Ｖｗｕ，Ｖｗｌを出力する。これらの出力信号が出力されることで、それぞれの出力信号に対応するスイッチ素子がオン、オフ動作を行い、モータ２０に駆動信号が出力されてモータ２０の各相に電力が供給される（不図示）。

本実施の形態において、制御回路部４には、速度指令信号（速度指令情報の一例）Ｓｃと、スタート信号Ｓｓとが入力される。制御回路部４は、それらに基づいてモータ２０の駆動制御を行う。

速度指令信号Ｓｃは、例えば、制御回路部４の外部から入力される。速度指令信号Ｓｃは、モータ２０の回転速度に関する信号である。例えば、速度指令信号Ｓｃは、モータ２０の目標回転速度に対応するＰＷＭ（パルス幅変調）信号である。換言すると、速度指令信号Ｓｃは、モータ２０の回転速度の目標値に対応する情報である。なお、速度指令信号Ｓｃとして、クロック信号が入力されてもよい。

スタート信号Ｓｓは、例えば、制御回路部４の外部から入力される。スタート信号Ｓｓは、モータ２０の駆動制御を行うか、駆動制御を行わないスタンバイ状態とするかを設定するための信号である。

また、本実施の形態において、制御回路部４には、モータ２０から、３つのホール信号（位置検出信号の一例）Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗが入力される。ホール信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗは、例えば、モータ２０に配置された３つのホール（ＨＡＬＬ）素子２５ｕ，２５ｖ，２５ｗの出力である。ホール信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗは、モータ２０のロータの回転に対応する信号である。制御回路部４は、ホール信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗを用いてモータ２０の回転状態を検出し、モータ２０の駆動を制御する。すなわち、制御回路部４は、ホール信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗを用いてモータ２０のロータの実際の回転数に関する実回転数情報を得て、モータ２０の駆動を制御する。また、制御回路部４は、ホール信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗを用いてモータ２０のロータの回転位置を検出し、モータ２０の駆動を制御する。

３つのホール素子２５ｕ，２５ｖ，２５ｗ（以下、これらをまとめてホール素子２５ということがある）は、例えば、互いに略等間隔（隣り合うものと１２０度の間隔で）でモータ２０の回転子の回りに配置されている。ホール素子２５ｕ，２５ｖ，２５ｗは、それぞれ、ロータの磁極を検出し、ホール信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗを出力する。

なお、制御回路部４には、このようなホール信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗに加えて、モータ２０の回転状態に関する他の情報が入力されるように構成されていてもよい。例えば、モータ２０の回転子の回転に対応するＦＧ信号として、回転子の側にある基板に設けたコイルパターンを用いて生成される信号（パターンＦＧ）が入力されるようにしてもよい。また、モータ２０の各相（Ｕ、Ｖ、Ｗ相）に誘起する逆起電圧を検出する回転位置検出回路の検出結果に基づいてモータ２０の回転状態が検知されるように構成されていてもよい。エンコーダやレゾルバなどを設け、それによりモータ２０の回転速度等の情報が検出されるようにしてもよい。

制御回路部４は、例えば、マイクロコンピュータやデジタル回路等で構成されている。制御回路部４は、実回転数情報と、速度指令信号Ｓｃとに基づいて、モータ２０を駆動させるための駆動制御信号Ｓｄを出力する。具体的には、制御回路部４は、ホール信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗと、速度指令信号Ｓｃと、スタート信号Ｓｓとに基づいて、駆動制御信号Ｓｄをプリドライブ回路２ｂに出力する。制御回路部４は、駆動制御信号Ｓｄを出力することで、モータ２０が速度指令信号Ｓｃに対応する回転数で回転するようにモータ２０の回転制御を行う。すなわち、制御回路部４は、モータ２０を駆動させるための駆動制御信号Ｓｄをモータ駆動部２に出力し、モータ２０の回転制御を行う。モータ駆動部２は、駆動制御信号Ｓｄに基づいて、モータ２０に駆動信号を出力してモータ２０を駆動させる。

［制御回路部４の説明］

図２は、制御回路部４の構成を示すブロック図である。

後述するように、制御回路部４は、モータ２０の駆動電流を検出する電流検出部４１と、速度指令信号（速度指令情報の一例）Ｓｃと実回転数情報とに基づいて、駆動制御信号Ｓｄを出力するための設定デューティを生成する設定デューティ生成部と、設定デューティと、速度指令信号Ｓｃに対応する指示デューティとに基づいて、電流制限値を決定する基準電圧決定部（制限値決定部の一例）３７と、電流検出部４１により検出されたモータ２０の駆動電流と基準電圧決定部３７により決定された電流制限値とに基づいて、モータ２０の駆動電流を制限するコンパレータ（制限部の一例）３８とを有する。すなわち、図２に示されるように、制御回路部４は、回転数算出部（設定デューティ生成部の一部）３１と、速度指令解析部（設定デューティ生成部の一部）３２と、ＰＷＭ指令部（設定デューティ生成部の一部）３３と、ＰＷＭ信号生成部３５と、基準電圧決定部３７と、コンパレータ３８と、電流検出部４１とを有している。

電流検出部４１は、モータ２０の駆動電流を検出する。電流検出部４１は、モータ駆動部２からモータ２０に流れる電流を検出する。電流検出部４１は、例えば、インバータ回路２ａとグランド（ＧＮＤ）との間に配置された電流検出抵抗を有する。例えば、モータ２０に流れた電流はインバータ回路２ａを通り、電流検出抵抗を通って、グランド（ＧＮＤ）へ流れる。電流検出部４１は、電流検出抵抗の両端の電圧からモータ２０に流れる電流を検出することができる。これにより、電流検出部４１は、モータ２０に流れる駆動電流を電圧として検出する。電流検出部４１の検出結果である電圧は、コンパレータ３８に入力される。

回転数算出部３１には、ホール信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗが入力される。回転数算出部３１は、入力されたホール信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗに基づいて、各相とロータとの位置関係を示す位置信号と、位置信号の周期に対応する実回転数情報とを生成して出力する。すなわち、回転数算出部３１は、モータ２０のロータの実際の回転数に関する実回転数情報を出力する。

速度指令解析部３２には、速度指令信号Ｓｃが入力される。速度指令解析部３２は、速度指令信号Ｓｃに基づいて、モータ２０の目標回転数に対応する、ＰＷＭ信号のデューティの値を示す指示デューティを出力する。指示デューティは、速度指令信号Ｓｃに対応するデューティ比を示す情報である。指示デューティは、ＰＷＭ指令部３３と、基準電圧決定部３７に出力される。

ＰＷＭ指令部３３には、回転数算出部３１から出力された位置信号及び実回転数情報と、速度指令解析部３２から出力された速度指令信号Ｓｃに対応する指示デューティとが入力される。ＰＷＭ指令部３３は、位置信号及び実回転数情報と、指示デューティとに基づいて、設定デューティを出力する。設定デューティは、駆動制御信号Ｓｄを出力するためのデューティ比を示す情報である。設定デューティは、ＰＷＭ信号生成部３５と、基準電圧決定部３７に出力される。

ＰＷＭ指令部３３は、速度指令情報と実回転数情報とに基づいて、駆動制御信号Ｓｄを出力するための設定デューティを生成する。例えば、ＰＷＭ指令部３３は、速度指令信号Ｓｃに対応する指示デューティと、モータ２０の回転数に対応する実回転数情報とを比較し、モータ２０の回転速度が指示デューティに対応するものとなるように、設定デューティを生成する（設定デューティ生成ステップ）。

ＰＷＭ信号生成部３５には、設定デューティが入力される。ＰＷＭ信号生成部３５は、設定デューティに基づいて、モータ駆動部２を駆動させるためのＰＷＭ信号を生成する。ＰＷＭ信号は、例えば、デューティ比が設定デューティと同一となる信号である。換言すると、ＰＷＭ信号は、設定デューティに対応するデューティ比を有する信号である。

モータ駆動制御装置１及びモータ２０が通常の動作状態で駆動されているとき、ＰＷＭ信号生成部３５から出力されたＰＷＭ信号が駆動制御信号Ｓｄとして制御回路部４からモータ駆動部２に出力される。これにより、モータ駆動部２からモータ２０に駆動信号が出力され、モータ２０が駆動される。

基準電圧決定部３７には、指示デューティと設定デューティとが入力される。基準電圧決定部３７は、設定デューティと速度指令信号Ｓｃに対応する指示デューティとに基づいて、電流制限値を決定する（制限値決定ステップ）。電流制限値は、例えば、電圧値である。電流制限値は、基準電圧決定部３７から出力されて、コンパレータ３８に入力される。

コンパレータ３８は、電流検出部４１により検出されたモータ２０の駆動電流と基準電圧決定部３７により決定された電流制限値とに基づいて、モータ２０の駆動電流を制限する。すなわち、コンパレータ３８には、電流制限値である電圧値（以下、制限値ということがある）と、電流検出部４１の検出結果である電圧値（以下、検出電圧値ということがある）とが入力される。コンパレータ３８は、検出電圧値と制限値とを比較する。そして、コンパレータ３８は、比較結果に基づいて、ＰＷＭ信号生成部３５により生成されたＰＷＭ信号を駆動制御信号Ｓｄとして出力するか否かを切り替える。コンパレータ３８は、駆動制御信号Ｓｄを設定デューティに基づいて出力するか否かを切り替える。コンパレータ３８は、ＰＷＭ信号の自動シャットダウンをトリガする信号を出力することにより、切り替えを行う。

検出電圧値が制限値よりも小さいとき、すなわち電流制限値よりもモータ２０に流れる電流の大きさが小さいとき、ＰＷＭ信号生成部３５により生成されたＰＷＭ信号が駆動制御信号Ｓｄとして出力される。

他方、検出電圧値が制限値よりも大きいとき、すなわち電流制限値よりもモータ２０に流れる電流の大きさが大きくなったとき、コンパレータ３８によってＰＷＭ信号生成部３５からのＰＷＭ信号の出力経路がカットされ、駆動制御信号ＳｄにＰＷＭ信号が含まれなくなる。換言すると、電流制限値よりもモータ２０に流れる電流の大きさが大きくなったとき、通常の駆動制御信号Ｓｄの出力がカットされる。これにより、モータ２０の駆動電流が制限される。

このように、コンパレータ３８は、モータ２０の駆動電流と基準電圧決定部３７により決定された電流制限値とに基づいてモータ２０の駆動電流を制限する（制限ステップ）、制限部として機能する。コンパレータ３８は、駆動制御信号Ｓｄを設定デューティに基づいて出力するか否か（ＰＷＭ信号生成部３５により生成されたＰＷＭ信号を駆動制御信号Ｓｄとして出力するか否か）を切り替えることにより、モータ２０の駆動電流を制限する。これにより、モータ２０の駆動電流が過大になる過電流状態が続くことが防止される。

［電流制限値の決定に関する説明］

以下に記載するように、基準電圧決定部３７は、指示デューティに基づいて第１閾値を決定するとともに、設定デューティと第１閾値との比較結果に基づいて、電流制限値を第１電流制限値に決定するか、電流制限値を第１電流制限値よりも低い第２電流制限値に決定するかを切り替える。また、基準電圧決定部３７は、指示デューティに基づいて第１閾値よりも小さい第２閾値を決定するとともに、設定デューティと第１閾値との比較結果と、設定デューティと第２閾値との比較結果とに基づいて、電流制限値を第１電流制限値に決定するか、第２電流制限値に決定するかを切り替える。すなわち、基準電圧決定部３７は、指示デューティと設定デューティとに基づいて、次のように電流制限値を決定する。電流制限値は、第１電流制限値Ｉａと、第１電流制限値Ｉａよりも低い第２電流制限値Ｉｂとのいずれかに設定される。基準電圧決定部３７は、以下のように、コンパレータ３８に出力する電流制限値を、第１電流制限値Ｉａに決定するか、第２電流制限値Ｉｂに決定するかを切り替える。

本実施の形態において、第１電流制限値Ｉａと第２電流制限値Ｉｂとの切り替えは、設定デューティと、設定デューティに関する２つの閾値（第１閾値（閾値１）、第２閾値（閾値２））とに基づいて行われる。すなわち、基準電圧決定部３７は、設定デューティと第１閾値との比較結果と、設定デューティと第２閾値との比較結果とに基づいて、電流制限値を第１電流制限値ｌａに決定するか、第２電流制限値ｌｂに決定するかを切り替える。

なお、例えば、第２電流制限値Ｉｂは、第１電流制限値Ｉａの半分の電圧値に設定されている。第１電流制限値Ｉａの大きさと第２電流制限値Ｉｂの大きさとの関係はこれに限られるものではなく、適宜設定されればよい。第１電流制限値Ｉａは、モータ２０の駆動電流が第１電流制限値Ｉａになっても、少なくとも所定時間はモータ駆動制御装置１やモータ２０の各部が損傷を受けることがないような大きさに設定される。

基準電圧決定部３７は、指示デューティに基づいて、第１閾値を決定する。また、基準電圧決定部３７は、指示デューティに基づいて、第１閾値よりも小さい第２閾値を決定する。具体的には、例えば、基準電圧決定部３７は、指示デューティに所定の第１係数を乗じた値に基づいて、第１閾値を決定する。また、基準電圧決定部３７は、指示デューティに所定の第２係数を乗じた値に基づいて、第２閾値を決定する。

図３は、指示デューティと閾値との関係の一例を示すグラフである。

図３において、横軸は指示デューティであり、縦軸は設定デューティである。第１閾値は太い実線で示されており、第２閾値は太い破線で示されている。細い破線は、モータ２０が理想的な状態（例えば、負荷が少なくスムーズに回転している状態）で駆動されている場合の、指示デューティと設定デューティとの関係（理想的な設定デューティ）を示したものである。

上記のように、指示デューティが所定値（例えば、１０パーセント）以上であるときには、第１閾値及び第２閾値は、それぞれ、指示デューティに比例する。第１係数のほうが第２係数よりも大きいので、第１閾値のほうが第２閾値よりも大きくなっている。

なお、第２係数は、第２閾値が、理想的な設定デューティに対してある程度のマージンを含むように設定されている。

図３に示されるように、同一の指示デューティについて、第１閾値と第２閾値とは、第１係数から第２係数を引いた値に指示デューティをかけて得られる値だけ離れている。すなわち、以下に詳述する第１電流制限値Ｉａと第２電流制限値Ｉｂとの切り替えについて、第１閾値と第２閾値とにヒステリシスが設けられている。

なお、基準電圧決定部３７は、指示デューティが所定値以下である場合において、第１閾値及び第２閾値をそれぞれ一定の値に決定する。具体的には、例えば、図３に示されるように、指示デューティが１０パーセント以下である場合において、第１閾値は、１０パーセント（指示デューティの値）に第１係数を乗じた値に一律に決定される。また、第２閾値は、１０パーセント（指示デューティの値）に第２係数を乗じた値に一律に決定される。

このように、指示デューティが例えば１０パーセント以下である場合には、第１閾値と第２閾値とがそれぞれ一定値に決定されるので、第１閾値と第２閾値との一定の差が確保される。したがって、指示デューティが低い場合であっても、第１電流制限値Ｉａと第２電流制限値Ｉｂとの切り替えについて、第１閾値と第２閾値とのヒステリシスを確実に確保することができる。

第１電流制限値Ｉａと第２電流制限値Ｉｂとの切り替えは、設定デューティと第１閾値、第２閾値との関係に基づいて行われる。すなわち、設定デューティが、図３において第１閾値の線よりも上側の領域である場合（例えば、指示デューティが２０パーセントである場合において、設定デューティが５０パーセントであるときなど）には、設定デューティが異常であるといえる。このような状態では、電流制限値を、第１電流制限値Ｉａから第２電流制限値Ｉｂに下げることにより、モータ２０に流れる電流が抑制される。また、設定デューティが、図３において第２閾値の線よりも下側の領域である場合には、設定デューティは許容範囲であるといえる。すなわち、モータ２０やモータ駆動制御装置１に過電流による異常が発生するおそれのない状態であるといえる。このような場合には、電流制限値が本来よりも低い第２電流制限値Ｉｂなのであれば、第１電流制限値Ｉａに上げることにより、通常通りモータ２０の駆動が行われるようにする。

なお、本実施の形態において、基準電圧決定部３７は、電流制限値を第１電流制限値ｌａに決定している場合において、設定デューティが第１閾値を超えている状態が第１所定時間継続したとき、電流制限値を第２電流制限値ｌｂに決定する。また、基準電圧決定部３７は、電流制限値を第２電流制限値ｌｂに決定している場合において、設定デューティが第２閾値よりも小さい状態が第２所定時間継続したとき、電流制限値を第１電流制限値ｌａに決定する。第１所定時間と第２所定時間とは、適宜設定することができる。第１所定時間と第２所定時間とは、同一の時間であってもよい。

このように、所定の状態が所定時間だけ継続したことを条件に第１電流制限値Ｉａと第２電流制限値Ｉｂとが切り替えられるので、一時的に指示デューティが閾値を跨ぐような事象が発生しても電流制限値の切り替えは行われない。したがって、電流制限値が安定し、モータ２０を安定して駆動させることができる。

電流制限値の決定動作は、具体的には、例えば次のようにして行われる。

図４は、制御回路部４の電流制限値の決定動作を示すフローチャートである。

制御回路部４において、図４に示されるような処理が繰り返し行われることにより、電流制限値の決定が行われる。

図４に示されるように、ステップＳ１１において、速度指令解析部３２は、速度指令信号Ｓｃを読み込み、解析する。これにより、速度指令信号Ｓｃに応じて、指示デューティ（あるべき設定デューティ）が求められる。

ステップＳ１２において、基準電圧決定部３７は、第１閾値を演算により求める。本実施の形態において、指示デューティと第１係数（係数１）との積が第１閾値として求められる。なお、第１閾値の演算方法はこれに限られるものではない。

ステップＳ１３において、基準電圧決定部３７は、第２閾値を演算により求める。本実施の形態において、指示デューティと第２係数（係数２）との積が第２閾値として求められる。なお、第２閾値の演算方法はこれに限られるものではない。

ステップＳ１４において、基準電圧決定部３７は、現在の設定デューティと第２閾値とを比較する。基準電圧決定部３７は、設定デューティが第２閾値よりも小さいか否かを判断する。設定デューティが第２閾値よりも小さくない場合には（ＮＯのとき）、ステップＳ１５に進む。設定デューティが第２閾値よりも小さい場合には（ＹＥＳのとき）、ステップＳ１６に進む。

ステップＳ１５において、基準電圧決定部３７は、現在の設定デューティと第１閾値とを比較する。基準電圧決定部３７は、設定デューティが第１閾値よりも大きいか否かを判断する。設定デューティが第１閾値よりも大きくなければ（ＹＥＳのとき）、ステップＳ１７に進む。設定デューティが第１閾値よりも大きければ（ＮＯのとき）、ステップＳ１８に進む。

ステップＳ１６において、基準電圧決定部３７は、正常値処理を行う。すなわち、現在の設定デューティが第２閾値よりも小さいとき（図３において第２閾値の線よりも下側の領域である場合に対応）、モータ２０の動作に支障がないといえる。このとき、正常値処理が行われる。正常値処理については、後述する。

ステップＳ１７において、基準電圧決定部３７は、設定継続処理を行う。すなわち、現在の設定デューティが第２閾値よりも大きいが、第１閾値を超えないとき（図３において第２閾値の線と第１閾値の線との間の領域である場合に対応）、駆動電流が比較的高いが、駆動電流を下げる必要があるような過電流状態ではないといえる。このとき、現在の電流制限値での制御状態を維持する設定継続処理が行われる。設定継続処理については、後述する。

ステップＳ１８において、基準電圧決定部３７は、異常値処理を行う。すなわち、現在の設定デューティが第１閾値よりも大きいとき、過電流状態であって、このままの状態が続くようであれば駆動電流を下げる必要があるといえる。このとき、異常値処理が行われる。異常値処理については、後述する。

図５は、正常値処理を示すフローチャートである。

基準電圧決定部３７は、現在の設定デューティが第２閾値よりも小さいと判断されるとき、正常値処理をスタートする。

ステップＳ３１において、基準電圧決定部３７は、設定デューティ正常カウンタをインクリメントする。

ステップＳ３２において、基準電圧決定部３７は、設定デューティ異常カウンタをクリアする。

ステップＳ３３において、基準電圧決定部３７は、設定デューティ正常カウンタのカウント値が第３閾値よりも大きいか否かを判断する。カウント値が第３閾値よりも大きくない場合には（ＮＯのとき）、正常値処理を終了し、再び図４の処理が行われる。カウント値が第３閾値よりも大きい場合には（ＹＥＳのとき）、ステップＳ３４に進む。

ステップＳ３４において、基準電圧決定部３７は、電流制限値の電圧値（基準電圧）を、標準値に決定する。ここで、本実施の形態において、標準値は、第１電流制限値Ｉａである。現在の電流制限値（前回決定された電流制限値）が第１電流制限値Ｉａであれば、引き続き、電流制限値が第１電流制限値Ｉａに決定される。他方、現在の電流制限値が第２電流制限値Ｉｂであれば、電流制限値が第１電流制限値Ｉａに決定され、通常の制御状態となる。その後、正常値処理が終了し、再び図４の処理が行われる。

図６は、設定継続処理を示すフローチャートである。

基準電圧決定部３７は、現在の設定デューティが第２閾値よりも大きいが第１閾値を超えないと判断されるとき、設定継続処理をスタートする。

ステップＳ４１において、基準電圧決定部３７は、設定デューティ正常カウンタをクリアする。

ステップＳ４２において、基準電圧決定部３７は、設定デューティ異常カウンタをクリアする。その後、設定継続処理を終了し、再び図４の処理が行われる。

このように、設定継続処理では、電流制限値の決定は行われず、正常値処理又は異常値処理において電流制限値が第１電流制限値Ｉａ又は第２電流制限値Ｉｂに決定された状態が維持される。

図７は、異常値処理を示すフローチャートである。

基準電圧決定部３７は、現在の設定デューティが第１閾値よりも大きいと判断されるとき、異常値処理をスタートする。

ステップＳ５１において、基準電圧決定部３７は、設定デューティ異常カウンタをインクリメントする。

ステップＳ５２において、基準電圧決定部３７は、設定デューティ正常カウンタをクリアする。

ステップＳ５３において、基準電圧決定部３７は、設定デューティ異常カウンタのカウント値が第４閾値よりも大きいか否かを判断する。カウント値が第４閾値よりも大きくない場合には（ＮＯのとき）、異常値処理を終了し、再び図４の処理が行われる。カウント値が第４閾値よりも大きい場合には（ＹＥＳのとき）、ステップＳ５４に進む。

ステップＳ５４において、基準電圧決定部３７は、電流制限値の電圧値（基準電圧）を、低電圧値に決定する。ここで、本実施の形態において、低電圧値は、第２電流制限値Ｉｂである。現在の電流制限値（前回決定された電流制限値）が第２電流制限値Ｉｂであれば、引き続き、電流制限値が第２電流制限値Ｉｂに決定される。他方、現在の電流制限値が第１電流制限値Ｉａであれば、電流制限値が第２電流制限値Ｉｂに決定され、通常よりも厳しく電流制限を行う制御状態となる。その後、異常値処理が終了し、再び図４の処理が行われる。

このように、設定デューティと第１閾値、第２閾値との関係に応じて、正常値処理、異常値処理、及び設定継続処理が行われる。これにより、例えば以下のような場合に、電流制限値を第１電流制限値ｌａに決定するか第２電流制限値ｌｂに決定するかが切り替わる。

設定デューティが第２閾値よりも小さい状態が継続しているとき、図４の処理が繰り返し行われ、正常値処理が繰り返されることで、設定デューティ正常カウンタのカウント値が順次インクリメントされる。そして、設定デューティ正常カウンタのカウント値が第３閾値を超えた場合には、電流制限値が第１電流制限値Ｉａに決定される。すなわち、基準電圧決定部３７は、設定デューティが第２閾値よりも小さい状態が、第３閾値分のカウント値に対応する時間（第２所定時間の一例）より長い時間継続しているとき、電流制限値を第１電流制限値Ｉａに決定する。設定デューティ正常カウンタのカウント値が第３閾値を超えるまでに、設定デューティが第２閾値よりも大きくなった場合には、異常値処理又は設定継続処理において、設定デューティ正常カウンタのカウント値がクリアされる。そのため、次に設定デューティ正常カウンタが第２閾値よりも小さい状態になったときには、設定デューティ正常カウンタがゼロからカウントされる。

設定デューティが第１閾値よりも大きい状態が継続しているとき、図４の処理が繰り返し行われ、異常値処理が繰り返されることで、設定デューティ異常カウンタのカウント値が順次インクリメントされる。そして、設定デューティ異常カウンタのカウント値が第４閾値を超えた場合には、電流制限値が第２電流制限値Ｉｂに決定される。すなわち、基準電圧決定部３７は、設定デューティが第１閾値よりも大きい状態が、第４閾値分のカウント値に対応する時間（第１所定時間の一例）より長い時間継続しているとき、電流制限値を第２電流制限値Ｉｂに決定する。設定デューティ異常カウンタのカウント値が第４閾値を超えるまでに、設定デューティが第１閾値よりも小さくなった場合には、正常値処理又は設定継続処理において、設定デューティ異常カウンタのカウント値がクリアされる。そのため、次に設定デューティ異常カウンタが第１閾値よりも大きい状態になったときには、設定デューティ異常カウンタがゼロからカウントされる。

ここで、第３閾値は、駆動電流が正常な状態で安定して駆動されていると判定できる時間より長い時間に対応して設定されている。また、第４閾値は、過電流状態が安定的に続いていると判定できる時間より長く、かつ、過電流状態が続くことによるモータ２０等の温度上昇が許容できる範囲内に納まる時間より短い時間に対応して設定されている。このような時間は、例えば、実験を行った結果に基づいて設定することができる。第３閾値と第４閾値とは異なる値であってもよいし、同じ値であってもよい。

なお、第３閾値、第４閾値は、図４に示される制御動作が行われる周期との兼ね合いで設定される。例えば、図４に示される制御動作が５ミリ秒毎に実行される場合において、第３閾値や第４閾値が１０００に設定されている場合には、設定デューティ正常カウンタや設定デューティ異常カウンタのカウントが継続して５秒間行われるときに、電流制限値の決定が行われる。すなわち、電流制限値が第１電流制限値Ｉａである場合において設定デューティが第１閾値よりも大きい状態が５秒間継続したとき、又は電流制限値が第２電流制限値Ｉｂである場合において設定デューティが第２閾値よりも小さい状態が５秒間継続したとき、電流制限値が変更される。

図８は、モータ駆動制御装置１の動作の一例を説明するタイミングチャートである。

図８において、上段には電流制限値の推移の一例が示されており、下段には設定デューティの推移の一例が示されている。下段において、第１閾値が破線で示されており、第２閾値が点線で示されている。図８においては、時間の経過につれて指示デューティ（不図示）が緩やかに変化している場合が示されており、第１閾値と第２閾値とは、それぞれ、指示デューティの変化に応じて変化する曲線となっている。図８に示される例において、第３閾値と第４閾値とは同じ値に設定されており、それに対応する時間が所定時間ｄｔ（第１所定時間の一例、第２所定時間の一例）で示されている。

時刻ｔ０において、電流制限値が第１電流制限値Ｉａに決定されており、設定デューティが６０パーセント程度になっている。モータ２０の負荷が高くなっていることなどにより、設定デューティが上昇すると、時刻ｔ１において、設定デューティが第１閾値より大きくなる。そうすると、設定デューティ異常カウンタのインクリメントが開始される。その後、時刻ｔ１から所定時間ｄｔが経過するよりも前の時刻ｔ１ａにおいて設定デューティが第１閾値より小さくなる。そうすると、異常値処理による電流制限値の決定は行われず、設定デューティ異常カウンタがリセットされる。

時刻ｔ２において、設定デューティが再び第１閾値よりも大きくなると、設定デューティ異常カウンタのインクリメントがゼロから開始される。すなわち、所定時間ｄｔの計時が開始される。時刻ｔ２から所定時間ｄｔ後の時刻ｔ３まで、設定デューティが第１閾値よりも大きい状態が継続しているので、時刻ｔ３において、異常値処理により、電流制限値が第２電流制限値Ｉｂに決定される。すなわち、電流制限値が第１電流制限値Ｉａから第２電流制限値Ｉｂに下げられる。図８において、二点鎖線は、電流制限値が第２電流制限値Ｉｂに決定されている状態を示している。

時刻ｔ３において電流制限値が第２電流制限値Ｉｂに下げられると、駆動電流が第２電流制限値Ｉｂに対応する電流値を超えている場合には、設定デューティに基づいたＰＷＭ信号が駆動制御信号Ｓｄとして出力されなくなる。そのため、駆動電流が減少し、モータ２０の発熱が抑えられる。

その後、電流制限値が第２電流制限値Ｉｂに下げられた状態で、負荷の減少などにより設定デューティが指示デューティに近づき、第２閾値よりも小さくなるような場合には、正常値処理が行われるようになる。

すなわち、時刻ｔ４において、設定デューティが第２閾値よりも小さくなる。そうすると、設定デューティ正常カウンタのインクリメントが開始される。その後、時刻ｔ４から所定時間ｄｔが経過するよりも前の時刻ｔ４ａにおいて設定デューティが第２閾値より大きくなる。そうすると、正常値処理による電流制限値の決定は行われず、設定デューティ正常カウンタがリセットされる。

時刻ｔ５において、設定デューティが再び第２閾値よりも小さくなると、設定デューティ正常カウンタのインクリメントがゼロから開始される。すなわち、所定時間ｄｔの計時が開始される。時刻ｔ５から所定時間ｄｔ後の時刻ｔ６まで、設定デューティが第２閾値よりも小さい状態が継続しているので、時刻ｔ６において、正常値処理により、電流制限値が第１電流制限値Ｉａに決定される。すなわち、電流制限値が第２電流制限値Ｉｂから第１電流制限値Ｉａに戻される。

このように、本実施の形態では、設定デューティと、速度指令信号Ｓｃに基づく指示デューティとに基づいて、電流制限値が決定される。したがって、例えば最大回転数が異なるような種類が異なる複数のモータについて、それぞれ適した電流制限値が決定されるようにすることができる。例えば、モータの種類によって、駆動電流のレンジが異なる場合がある。そのような場合には、電流検出部４１において用いる抵抗値を適宜設定することで、基準電圧決定部３７が決定する電流制限値に適合するような電圧値が電流検出部４１から出力されるようにすればよい。したがって、汎用性があり、製造コストが低いモータ駆動制御装置１を提供することができる。

設定デューティと、指示デューティに基づく第１閾値、第２閾値との比較結果に基づいて、電流制限値が決定される。したがって、どのような回転数においても、適切に過電流状態が継続することを避けて、モータの温度上昇を抑制することができる。また、電流制限値を低電圧値に設定した後、過電流ではない正常状態で安定して駆動されている場合には電流制限値が標準値に戻されるので、過電流状態が発生する要因がなくなった場合において、継続してモータ２０を正常の駆動状態で駆動することができる。すなわち、様々な動作状態において適切にモータに流れる電流を制限することができるモータ駆動制御装置及びモータ駆動制御方法を提供することができる。

［その他］

モータ駆動制御装置は、上述の実施の形態やその変形例に示されるような回路構成に限定されない。本発明の目的に適合するように構成された、様々な回路構成が適用できる。

第１閾値や第２閾値は、指示デューティに係数を乗じた値に限られない。例えば、指示デューティの二乗などの指示デューティに基づく値に係数を乗じた値であってもよい。また、指示デューティに基づく値に、指示デューティの大きさに応じて予め求められたデューティ比を加算することにより求められた値であってもよい。

基準電圧決定部は、第１閾値のみを用いて、電流制限値を決定するようにしてもよい。例えば、設定デューティが第１閾値よりも大きくなったときに、電流制限値を第２電流制限値に決定し、その後はモータの駆動が継続される限り、そのまま電流制限値を第２電流制限値として駆動を行うようにしてもよい。このとき、電流制限値を第２電流制限値に決定した後、所定時間が経過したときなどに、電流制限値を第１電流制限値に戻すようにしてもよい。このような構成であっても、同様に、モータの温度上昇を抑制することができる。

モータ駆動制御装置の各構成要素は、少なくともその一部がハードウエアによる処理ではなく、ソフトウエアによる処理であってもよい。

本実施の形態のモータ駆動制御装置により駆動されるモータは、３相のブラシレスモータに限られず、他の種類のモータであってもよい。ホール素子の数は、３個に限られない。ホール素子とは異なる検出器を用いて、モータの位置検出信号が得られるようにしてもよい。例えば、ホールＩＣ等を用いてもよい。

上述のフローチャートなどは、動作を説明するための一例を示すものであって、これに限定されない。フローチャートの各図に示したステップは具体例であって、このフローに限定されるものではなく、例えば、各ステップの順番が変更されたり各ステップ間に他の処理が挿入されたりしてもよいし、処理を並列化してもよい。

上述の実施の形態における処理の一部又は全部が、ソフトウエアによって行われるようにしても、ハードウエア回路を用いて行われるようにしてもよい。例えば、制御回路部は、マイコンに限定されない。制御回路部の内部の構成は、少なくとも一部がソフトウエアで処理されるようにしてもよい。

上記実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ モータ駆動制御装置
２ モータ駆動部
４ 制御回路部
６ 電流検出部
２０ モータ
２５（２５ｕ，２５ｖ，２５ｗ） ホール素子
３１ 回転数算出部（設定デューティ生成部の一部）
３２ 速度指令解析部（設定デューティ生成部の一部）
３３ ＰＷＭ指令部（設定デューティ生成部の一部）
３５ ＰＷＭ信号生成部
３７ 基準電圧決定部（制限値決定部の一例）
３８ コンパレータ（制限部の一例）
４１ 電流検出部
Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗ ホール信号（位置検出信号の一例）
Ｓｃ 速度指令信号（速度指令情報の一例）
Ｓｄ 駆動制御信号
Ｓｓ スタート信号
Ｖｄ 検出電圧信号

Claims (10)

1. モータのロータの実際の回転数に関する実回転数情報とモータの回転数に関する速度指令情報とに基づいて、前記モータを駆動させるための駆動制御信号を出力する制御回路部と、
   前記制御回路部から出力された駆動制御信号に基づいて、前記モータに駆動信号を出力して前記モータを駆動させるモータ駆動部とを備え、
   前記制御回路部は、
   前記モータの駆動電流を検出する電流検出部と、
   前記速度指令情報と前記実回転数情報とに基づいて、前記駆動制御信号を出力するための設定デューティを生成する設定デューティ生成部と、
   前記設定デューティと、前記速度指令情報に対応する指示デューティとに基づいて、電流制限値を決定する制限値決定部と、
   前記電流検出部により検出された前記モータの駆動電流と前記制限値決定部により決定された電流制限値とに基づいて、前記モータの駆動電流を制限する制限部とを有する、モータ駆動制御装置。
2. 前記制限値決定部は、
   前記指示デューティに基づいて第１閾値を決定するとともに、
   前記設定デューティと前記第１閾値との比較結果に基づいて、前記電流制限値を第１電流制限値に決定するか、前記電流制限値を前記第１電流制限値よりも低い第２電流制限値に決定するかを切り替える、請求項１に記載のモータ駆動制御装置。
3. 前記制限値決定部は、前記指示デューティに所定の第１係数を乗じた値に基づいて、前記第１閾値を決定する、請求項２に記載のモータ駆動制御装置。
4. 前記制限値決定部は、前記設定デューティが前記第１閾値を超えている状態が第１所定時間継続したとき、前記電流制限値を前記第２電流制限値に決定する、請求項２又は３に記載のモータ駆動制御装置。
5. 前記制限値決定部は、
   前記指示デューティに基づいて前記第１閾値よりも小さい第２閾値を決定するとともに、
   前記設定デューティと前記第１閾値との比較結果と、前記設定デューティと前記第２閾値との比較結果とに基づいて、前記電流制限値を前記第１電流制限値に決定するか、前記第２電流制限値に決定するかを切り替える、請求項２から４のいずれか１項に記載のモータ駆動制御装置。
6. 前記制限値決定部は、前記指示デューティに所定の第２係数を乗じた値に基づいて、前記第２閾値を決定する、請求項５に記載のモータ駆動制御装置。
7. 前記制限値決定部は、前記設定デューティが前記第２閾値よりも小さい状態が第２所定時間継続したとき、前記電流制限値を前記第１電流制限値に決定する、請求項５又は６に記載のモータ駆動制御装置。
8. 前記制限値決定部は、前記指示デューティが所定値以下である場合において、前記第１閾値及び前記第２閾値をそれぞれ一定の値に決定する、請求項５から７のいずれか１項に記載のモータ駆動制御装置。
9. 前記制限部は、前記駆動制御信号を前記設定デューティに基づいて出力するか否かを切り替えることにより、前記モータの駆動電流を制限する、請求項１から８のいずれか１項に記載のモータ駆動制御装置。
10. モータを駆動するモータ駆動制御方法であって、
    前記モータは、
    前記モータのロータの実際の回転数に関する実回転数情報と前記モータの回転数に関する速度指令情報とに基づいて、前記モータを駆動させるための駆動制御信号を出力する制御回路部と、
    前記制御回路部から出力された駆動制御信号に基づいて、前記モータに駆動信号を出力して前記モータを駆動させるモータ駆動部と、
    前記モータの駆動電流を検出する電流検出部とを備え、
    モータ駆動制御方法は、
    前記速度指令情報と前記実回転数情報とに基づいて、前記駆動制御信号を出力するための設定デューティを生成する設定デューティ生成ステップと、
    前記設定デューティと、前記速度指令情報に対応する指示デューティとに基づいて、電流制限値を決定する制限値決定ステップと、
    前記電流検出部により検出された前記モータの駆動電流と前記制限値決定ステップにより決定された電流制限値とに基づいて、前記モータの駆動電流を制限する制限ステップとを備える、モータ駆動制御方法。

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