JPH09285176A - Ｄｃブラシレスモータの駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＣＰＵ等の演算処理によるデジタル回路を用
いた制御方式を用いたＤＣブラシレスモータの駆動装置
において、演算処理の処理速度が遅い場合であっても、
モータへの十分な過電流防止を行う。 【解決手段】 モータへの供給電圧制御を回転速度に基
づくフィードバック演算（速度フィードバック演算手段
３２）によって行うＤＣブラシレスモータの駆動装置に
おいて、モータの特性データを格納するモータ特性格納
手段３４と、モータ特性格納手段３４から得られるデー
タに基づいて過電流が生じない供給電圧範囲を求め、求
めた供給電圧範囲とフィードバック演算によって得られ
た供給電圧とを比較し、比較結果に基づいてモータへの
供給電圧の修正を行う過電流防止演算手段３３とを備え
ることによって、フィードバック演算によって得られた
供給電圧を供給電圧範囲内に抑制してモータ４に流れる
電流を制限する。これによって、演算処理の処理速度に
関係なくモータへの過電流防止を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＤＣブラシレスモ
ータの駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＤＣブラシレスモータはＤＣモータの整
流とブラシの役目をインバータ等の手段によって電子的
に行うモータであり、図５に示すように、インバータ回
路１２はホール素子等の回転位置検出器１５で検出した
ロータ１４の回転位置信号を入力し、各磁極とステータ
１３の間のトルクが最大となるような励磁パターンの供
給電圧を形成している。

【０００３】図６の概略等価回路に示すように、モータ
の巻線に流れる電流Ｉａは、モータの巻線に誘起される
逆起電力による電圧Ｅｒ、モータへの供給電圧Ｅｓ、モ
ータおよび駆動装置の内部インピーダンスＲ等によって
以下の式（１）により定まる。 Ｅｓ＝Ｅｒ＋Ｒ×Ｉａ …（１） 一般に、モータの巻線に流れる電流Ｉａがモータの定格
電流Ｉo 以上の過電流となると、モータの焼損や駆動装
置のインバータ回路の損傷等を招くおそれがある。その
ため、モータ駆動装置はこのような過電流の発生を防止
する必要がある。従来のモータ駆動装置において過電流
の発生を防止するためには、制御回路をアナログ回路に
より構成し、実際にモータの巻線に流れる電流を検出し
該電流が過電流とならないようモータへの供給電圧を制
御する方式がとられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】モータ駆動装置におい
て、モータへの供給電圧の制御をアナログ回路を用いて
行う制御方式の他に、ＣＰＵ等の演算処理によるデジタ
ル回路を用いた制御方式が知られている。このようなデ
ジタル回路によるモータ駆動において、アナログ回路と
同様に検出した巻線電流によってモータへの供給電圧を
制御して過電流を防止する方式を適用した場合に、演算
処理の処理速度によっては過電流を検出してからモータ
への供給電圧を制御するまでに時間を要し、この処理時
間中に過電流が巻線に流れてしまい過電流防止の効果が
十分に得られないおそれがある。

【０００５】そこで、本発明はＣＰＵ等の演算処理によ
るデジタル回路を用いた制御方式でのモータ駆動におけ
る上記の問題点を解決し、ＣＰＵ等の演算処理によるデ
ジタル回路を用いた制御方式を用いたＤＣブラシレスモ
ータの駆動装置において、演算処理の処理速度が遅い場
合であっても、モータへの十分な過電流防止を奏するこ
とを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、モータへの供
給電圧制御を回転速度に基づくフィードバック演算によ
って行うＤＣブラシレスモータの駆動装置において、モ
ータの特性データを格納するモータ特性格納手段と、モ
ータ特性格納手段から得られるデータに基づいて過電流
が生じない供給電圧範囲を求め、求めた供給電圧範囲と
フィードバック演算によって得られた供給電圧とを比較
し、比較結果に基づいてモータへの供給電圧の修正を行
う過電流防止演算手段とを備えることによって、演算処
理の処理速度が遅い場合であっても、モータへの十分な
過電流防止を奏するという目的を達することができる。

【０００７】本発明のＤＣブラシレスモータの駆動装置
は、回転速度を検出し、検出した回転速度に基づいてフ
ィードバック演算を行ってモータへ供給する供給電圧を
求める。過電流防止演算手段は、このときの過電流が生
じない供給電圧範囲をモータ特性格納手段から得られる
データに基づいて求め、求めた供給電圧範囲とフィード
バック演算によって得られた供給電圧とを比較し、比較
結果に基づいてモータへの供給電圧の修正を行う。この
修正された供給電圧は、モータの巻線に過電流が流れな
い電圧範囲内に制限されることになる。本発明の駆動装
置による供給電圧の制御では、モータに実際に流れる電
流の監視によって過電流の防止を行うものではなく、モ
ータに電流を流す供給電圧そのものの制御を行うため、
電流検出から供給電圧形成までの時間遅れが発生せず、
制御回路の処理速度が遅い場合であっても過電流防止の
制御においては遅れは生じず十分な過電流防止効果を奏
することができる。

【０００８】本発明の第１の実施態様では、モータ特性
格納手段は巻線に誘起される逆起電力による電圧、ある
いは該電圧に過電流による電圧分を加えて得られる上限
供給電圧を回転速度に対応したデータとして格納し、検
出した回転速度を入力し該回転速度に対応した逆起電力
による電圧あるいは上限供給電圧を過電流防止演算手段
に出力するものであり、これによって、過電流防止演算
手段における供給電圧との比較を行うことができる。

【０００９】また、本発明の第２の実施態様では、モー
タ特性格納手段が格納するデータは、各回転速度に対応
したデータ値の形態、あるいは回転速度をパラメータと
する演算式の形態とするものであり、検出した回転速度
に対応して格納データを取り出すことができる。

【００１０】本発明の第３の実施態様では、過電流防止
演算手段は、供給電圧範囲とフィードバック演算によっ
て得られた供給電圧とを比較し、供給電圧が供給電圧範
囲を越えて過電流を生じるおそれがある場合には、供給
電圧を供給電圧範囲の上限供給電圧に修正してインバー
タ回路に送り、供給電圧が供給電圧範囲内にあり過電流
を生じるおそれがない場合には、供給電圧を修正するこ
となくインバータ回路に送るものであり、これによっ
て、過電流が発生しない供給電圧の修正を行うことがで
きる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
参照しながら詳細に説明する。図１は本発明のＤＣブラ
シレスモータの駆動装置を説明するためのブロック線図
である。図１において、駆動装置は電源回路部１と該電
源回路部１からの電圧をモータ４への供給電圧に変換す
るインバータ回路部２および制御回路部３とを備えてい
る。

【００１２】電源回路部１は直流電圧をインバータ回路
２に供給する回路部であり、周知の直流電源あるいは整
流手段を備えた交流電源等により構成することができ
る。インバータ回路部２は、電源回路部１からの直流電
圧をモータ４に供給するタイミングを調整するスイッチ
ング手段２３と、該スイッチング手段２３のスイッチン
グを制御する制御信号を出力するスイッチングパターン
作成手段２２と、ロータ位置ｐm および回転速度ωm を
検出するロータ位置検出手段２１とを備え、スイッチン
グ手段２３により供給される電圧によって、モータ４の
各相コイル４１（コイルＵ，コイルＶ，コイルＷ）には
相電流ｉが流れる。また、ロータ位置検出手段２１は、
ロータ４側に備えられたロータ位置センサ４２の検出信
号に基づいてロータの位置ｐm および回転速度ωm を検
出する。

【００１３】制御回路部３は、外部より入力される設定
速度ωc に基づいて速度指令ωcomを作成する速度指令
作成手段３１と、該速度指令ωcom とロータ位置検出手
段２１から得られる回転速度ωm とに基づいて速度フィ
ードバック演算を行って供給電圧指示信号ｅs を求める
速度フィードバック演算手段３２と、モータ特性格納手
段３４からのモータの特性データに基づいて過電流が生
じない供給電圧範囲を求め、求めた供給電圧範囲とフィ
ードバック演算によって得られた供給電圧指示信号ｅs
とを比較し、比較結果に基づいてモータへの供給電圧指
示信号の修正を行ってインバータ回路２のスイッチング
パターン作成手段２２に送る過電流防止演算手段３３と
を備えている。モータ特性格納手段３４は、モータ巻線
に誘起される逆起電力による電圧Ｅr 、あるいは該電圧
Ｅr に過電流による電圧分を加えて得られる上限供給電
圧Ｅsuを回転速度ωm に対応したデータとして格納して
おり、各回転速度ωm に対応したデータ値をメモリに格
納する形態、あるいは回転速度ωm をパラメータとする
演算式として格納する形態とすることができる。なお、
該データ値あるいは演算式は、あらかじめ制御を行うモ
ータあるいは同じ特性を持つモータについて実験データ
を求め、該データをデータ値としたり、あるいは該デー
タに基づいて回転速度ωm をパラメータとする電圧Ｅr
または上限供給電圧ｅsuの演算式を求めることにより得
ることができる（図１中の破線の枠内参照）。

【００１４】次に、本発明のＤＣブラシレスモータの駆
動装置の動作について、図２のフローチャート，図３の
タイミングチャート，および図４の回転速度ωm に対す
る電圧を示す図を用いて説明する。

【００１５】モータ４のロータ位置センサ４２は、ロー
タの回転状態を検出して検出信号をインバータ回路部２
内のロータ位置検出手段２１に送る。ロータ位置検出手
段２１は、検出信号に基づいてロータ位置ｐm とロータ
の回転速度ωm とを読み取る。例えば、図３に示すロー
タ位置センサ信号Ａ，Ｂ，Ｃはロータ位置ｐm の一例で
あり、スイッチングパターン作成手段２２はこのロータ
位置ｐm に基づいて巻線へ電圧を供給するタイミングの
切替えを行う（ステップＳ１）。一方、制御回路部３中
の速度指令作成手段３１は、設定速度ωc に基づいて速
度指令ωcom を作成する。なお、設定速度ωc は制御回
路部３の外部から図示しない入力手段あるいはその他の
装置からの制御信号に基づいて設定することができる
（ステップＳ２）。

【００１６】制御回路部３中の速度フィードバック演算
手段３２は、ロータ位置検出手段２１から回転速度ωm
を入力し速度指令作成手段３１から速度指令ωcom を入
力して、両者の差（ωcom −ωm ）を求め、この差を用
いて速度フィードバック演算を行い供給電圧指令信号ｅ
ｓを求める。この速度フィードバック演算は、通常行わ
れる積分比例制御によって行うことができる。

【００１７】通常行われるモータの駆動制御では、この
フィードバック演算により求めた供給電圧指令信号ｅｓ
をインバータ回路部２のスイッチングパターン作成手段
２２に入力し、これによって、スイッチング手段２３に
おける供給電圧Ｅs の設定を行う。モータの各相の巻線
には、設定された供給電圧Ｅs に応じて図３に示すよう
な大きさの各相電流ｉが流れることになる（ステップＳ
３）。

【００１８】次に、制御回路部３中の過電流防止演算手
段３３は、ロータ位置検出手段２１から回転速度ωm を
入力し、この回転速度ωm に対応した過電流が流れない
供給電圧範囲を求める。ここでは、過電流が流れない供
給電圧範囲を上限供給電圧指示信号ｅsuとして求める。
上限供給電圧指示信号ｅsuは、これ以上高い供給電圧指
示信号ｅs を用いた場合にはモータの巻線に過電流が流
れる上限値であり、前記式（１）において、逆起電力に
よる電圧Ｅｒとし定格電流をＩo とすることによって以
下に示す式（２） ｅs ＝Ｅｒ＋Ｒ×Ｉo …（２） により得ることができる。ここで、逆起電力による電圧
Ｅｒは、例えば図４（ａ）に示すようにロータの回転速
度ωm をパラメータとするモータ特性として得ることが
できる。

【００１９】本発明の駆動装置は、制御回路部３内のモ
ータ特性格納手段３４内にこの逆起電力による電圧Ｅｒ
のモータ特性データを格納しておき、過電流防止演算手
段３３において回転速度ωm をパラメータとして該電圧
Ｅr を読み出し、読み出した電圧Ｅｒを用いて前記式
（２）の演算によって上限供給電圧指示信号ｅsuを求め
る。図４（ｂ）は、上限供給電圧指示信号ｅsu（図中の
実線）と逆起電力による電圧Ｅｒ（一点鎖線）と定格電
流をＩo による電圧（破線）との関係を示しており、回
転速度ωm をパラメータとして上限供給電圧指示信号ｅ
suを求めることができる。

【００２０】なお、回転速度ωm に対する逆起電力によ
る電圧Ｅｒは、データ値の形態で格納することも、また
両者の関係を表す実験式を格納しておくこともできる。
実験式を用いる場合には、過電流防止演算手段３３は該
実験式に回転速度ωm を代入することによって電圧Ｅｒ
の値を求める。また、この実施の形態ではモータ特性格
納手段３４内に逆起電力による電圧Ｅｒに関する特性デ
ータを格納した例を示しているが、上限供給電圧指示信
号ｅsuを格納し、回転速度ωm をパラメータとして上限
供給電圧指示信号ｅsuを直接取り出す形態とすることも
できる（ステップＳ４）。

【００２１】さらに、過電流防止演算手段３３は、速度
フィードバック演算手段３２からの供給電圧指示信号ｅ
s と求めた上限供給電圧指示信号ｅsuとの比較を行う
（ステップＳ５）。この比較において、供給電圧指示信
号ｅs が上限供給電圧指示信号ｅsuよりも大きな場合に
は、供給電圧指示信号ｅs を上限供給電圧指示信号ｅsu
の値に制限する修正を行う。図４（ｃ）中の回転速度ω
m2の場合は、速度フィードバックによって得られる供給
電圧指示信号ｅs2が上限供給電圧指示信号ｅsu2よりも
大きな場合の例を示しており、このときには供給電圧指
示信号ｅs2を上限供給電圧指示信号ｅsu2 とする。この
供給電圧指示信号ｅs の修正によって、モータの巻線に
流れる電流は定格電流Ｉo に制限され、過電流が流れる
ことを防止する（ステップＳ６）。また、上記比較にお
いて、供給電圧指示信号ｅs が上限供給電圧指示信号ｅ
suよりも小さい場合には、速度フィードバック演算手段
３２からの信号ｅs を供給電圧指示信号ｅs として採用
する。図４（ｃ）中の回転速度ωm1の場合は、速度フィ
ードバックによって得られる供給電圧指示信号ｅs1が上
限供給電圧指示信号ｅsu1 よりも小さな場合の例を示し
ており、このときには供給電圧指示信号ｅs1を採用す
る。この供給電圧指示信号ｅs によりモータの巻線に流
れる電流は、定格電流Ｉo 以下であり過電流は流れない
（ステップＳ７）。

【００２２】スイッチングパターン作成手段２２は、過
電流防止演算手段３３からの供給電圧指示信号ｅs とロ
ータ位置検出手段２１からのロータ位置ｐm とを用いて
スイッチング信号を作成してスイッチング手段２３に送
り（ステップＳ８）、スイッチング手段２３は送られた
スイッチング信号に基づいてコイルに電圧を印加し、相
電流を供給する（ステップＳ９）。

【００２３】上記実施の形態によれば、過電流を流すよ
うな可能性のある電圧をモータに供給することがなくな
るため、制御回路部の処理速度が遅い場合であっても、
モータに過電流が流れることを防止することができる。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ＣＰＵ等の演算処理によるデジタル回路を用いた制御方
式を用いたＤＣブラシレスモータの駆動装置において、
演算処理の処理速度が遅い場合であっても、モータへの
十分な過電流防止を奏することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＤＣブラシレスモータの構成を説明す
るためのブロック線図である。

【図２】本発明のＤＣブラシレスモータの駆動装置の動
作を説明するためのフローチャートである。

【図３】本発明のＤＣブラシレスモータの駆動装置の動
作を説明するためのタイミングチャートである。

【図４】回転速度ωm に対する逆起電力による電圧，上
限供給電圧をを示す図である。

【図５】ＤＣブラシレスモータの構成を説明するための
ブロック線図である。

【図６】ＤＣブラシレスモータの概略等価回路図であ
る。

【符号の説明】

１…電源回路部、２…インバータ回路部、３…制御回路
部、４…モータ、５…２１…ロータ位置検出手段、２２
…スイッチングパターン作成手段、２３…スイッチング
手段、３１…速度指令作成手段、３２…速度フィードバ
ック演算手段、３３…過電流防止演算手段、３４…モー
タ特性格納手段、４１…コイル、４２…ロータ位置セン
サ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータへの供給電圧制御を回転速度に基
   づくフィードバック演算によって行うＤＣブラシレスモ
   ータの駆動装置において、モータの特性データを格納す
   るモータ特性格納手段と、前記モータ特性格納手段から
   のデータに基づいて過電流が生じない供給電圧範囲を求
   め、該供給電圧範囲とフィードバック演算によって得ら
   れた供給電圧とを比較し、比較結果に基づいてモータへ
   の供給電圧の修正を行う過電流防止演算手段とを備えた
   ことを特徴とするＤＣブラシレスモータの駆動装置。