JPH11122967A - 可変速度モータの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】増大するトルク応答に迅速に対応できる可変速
度モータの制御装置を提供する。 【解決手段】コントローラは、モータおよびモータに加
えられる負荷に供給されるパルス幅変調駆動電圧のデュ
ーティサイクルに対応した速度で動作するタイプの可変
速度モータの動作速度を制御する。コントローラはモー
タ動作速度を設定する設定スイッチと、モータに加えら
れる負荷を測定する装置とを有する。また、種々の所望
のモータ動作速度で、該モータに加えられる種々の負荷
を持ったモータを駆動するための複数の異なるパルス幅
変調デューティサイクルを示すデータを格納するデータ
格納部を有する。プロセッサは、設定スイッチ、負荷測
定装置、データ格納部に接続され、所望のモータ速度に
するために所望の動作速度設定と加えられた負荷に対応
した特定のデューティサイクルを生成し、所望のモータ
速度に到達させ、維持するための信号を所定の時間間隔
で生成する。電圧供給デバイスは、特定のデューティサ
イクルをもったパルス幅変調電圧をモータに供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般的に可変速度
モータの制御装置に関し、特にモータおよびモータに加
えられる負荷に供給されるパルス幅変調（ＰＷＭ）駆動
電圧のデューティサイクルに対応する速度で動作させる
タイプの可変速度モータの動作速度を制御する制御装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＰＷＭ駆動電圧のデューティサイクル関
する速度で動作する可変速度モータは典型的に携帯電力
ツールに用いられる。これらのモータは一般的に高価で
はないので、ツールの全コストは競争となる。その結
果、これらのモータは貧弱なトルク応答、特に低速度で
の貧弱なトルク応答をもつ。これらのモータから所望の
動作を得るためにタコメータ・フィードバック回路を用
いるのが知られているが、この方法は、ツールのコスト
に跳ね返る付加的なコストが要求されるため、実用的で
はない。

【０００３】タコメータ・フィードバック回路を要求し
ないコントローラは知られており、主に、線形に動作す
る特性をもった大きな産業用モータを制御するのに用い
られている。しかしながら、これらのコントローラは、
電力ツールにおけるモータによって示される非線形動作
特性をもったモータを制御するのに適用できない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の主目
的は、可変速度モータが増大するトルク応答を得ること
ができる改良したモータコントローラを提供することで
ある。

【０００５】他の目的は、生産するのに比較的高価でな
い改良したモータコントローラを提供することである。

【０００６】さらに、他の目的は、急速な可変負荷状態
下に置かれたモータを効果的に制御するのに適した改良
したモータコントローラを提供することである。

【０００７】他の目的および利点は添付した図面を参照
して、後述する詳細な説明を読むことによって明らかと
なる。

【０００８】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、モータお
よびモータに加えられる負荷に供給されるパルス幅変調
駆動電圧のデューティサイクルに対応した速度で動作す
るタイプの可変速度モータの動作速度を制御する可変速
度モータの制御装置において、モータ動作速度を設定す
る設定手段と、前記モータに加えられる負荷を計測する
負荷計測手段と、種々の所望のモータ動作速度で、該モ
ータに加えられる種々の負荷を持ったモータを駆動する
ための複数の異なるパルス幅変調デューティサイクルを
示すデータを格納する格納手段と、前記設定手段と前記
負荷計測手段と前記格納手段とに接続され、前記所望の
モータ速度にするために所望の動作速度設定と加えられ
た負荷に対応した特定のデューティサイクルを生成し、
前記所望のモータ速度に到達させ、維持するための信号
を所定の時間間隔で生成する処理手段と、前記特定のデ
ューティサイクルをもった前記パルス幅変調電圧を前記
モータに供給する供給手段とを具備したことを特徴とす
る。

【０００９】第２の発明は、第１の発明において、前記
デューティサイクルデータは、加えられた負荷と動作速
度設定との複数の組合せのそれぞれに対する特有の出力
信号を含むルックアップテーブルの形態であることを特
徴とする。

【００１０】第３の発明は、第１の発明において、前記
設定手段は、操作者によって起動される少なくとも１つ
のスイッチを有することを特徴とする。

【００１１】第４の発明は、第１の発明において、前記
負荷計測手段は、前記モータに加えられた前記負荷を決
定するモータ動作電流を計測することを特徴とする。

【００１２】第５の発明は、第１の発明において、前記
処理手段は、マイクロプロセッサであることを特徴とす
る。

【００１３】第６の発明は、第１の発明において、前記
処理手段は、当該制御装置への入力電力がなくなった後
に所定の時間間隔で前記所望のモータ速度を保持し、前
記入力電力が前記制御装置に再供給されたときに、前記
所望のモータ速度を再設定することを特徴とする。

【００１４】第７の発明は、第１の発明において、前記
処理手段は、前記モータが過負荷状態に近づいたときに
前記供給手段によって前記モータに供給されるパルス幅
変調電圧を減少し、前記モータが過負荷状態に到達した
ときに前記供給手段によって前記モータに供給されるパ
ルス幅変調電圧を停止することを特徴とする。

【００１５】第８の発明は、第１の発明において、前記
供給手段は、ＦＥＴおよびダイオードを具備することを
特徴とする。

【００１６】第９の発明は、第１の発明において、前記
処理手段と前記供給手段との間に接続され、前記処理手
段によって生成された前記信号を前記供給手段に供給す
る信号駆動手段をさらに具備したことを特徴とする。

【００１７】第１０の発明は、第９の発明において、前
記信号駆動手段は、前記供給手段に加えられる信号を増
幅うる増幅手段を具備することを特徴とする。

【００１８】第１１の発明は、第９の発明において、前
記信号駆動手段は、前記処理手段に障害がある場合に、
前記処理手段から前記供給手段への前記信号を停止する
信号停止手段を具備することを特徴とする。

【００１９】第１２の発明は、第１１の発明において、
前記信号停止手段は、前記信号を交流結合させるトラン
ジスタとキャパシタと抵抗とを具備することを特徴とす
る。

【００２０】第１３の発明は、第１の発明において、交
流外部入力電圧を直流動作電圧に整流する整流手段をさ
らに具備したことを特徴とする。

【００２１】第１４の発明は、第１３の発明において、
前記整流手段に接続され、不要な高周波パルスを除去す
るフィルタをさらに具備したことを特徴とする。

【００２２】第１５の発明は、第１３の発明において、
前記動作電圧を、前記供給手段に供給される第１の電圧
と前記処理手段に供給される第２の電圧とに調整し、駆
動するレギュレータをさらに具備したことを特徴とす
る。

【００２３】第１６の発明は、第１５の発明において、
前記レギュレータは、前記整流された外部入力電圧の電
流を制限する少なくとも１つの抵抗と、前記第１の電圧
を調整する第１のツェナーダイオードと、前記第２の電
圧を調整する第２のツェナーダイオードとを具備するこ
とを特徴とする。

【００２４】第１７の発明は、第１の発明において、前
記処理手段に接続され、前記処理手段によって生成され
たメッセージを表示する表示手段をさらに具備すること
を特徴とする。

【００２５】第１８の発明は、第１７の発明において、
前記表示手段は、ＬＣＤディスプレイであることを特徴
とする。

【００２６】第１９の発明は、第１８の発明のおいて、
前記表示手段は、前記モータの速度を表示することを特
徴とする。

【００２７】第２０の発明は、第１の発明において、前
記処理手段に接続され、前記表示手段に障害がある場
合、当該制御装置の動作電圧を短絡する電力短絡手段を
さらに具備したことを特徴とする。

【００２８】第２１の発明は、第２０の発明において、
前記電力短絡手段は、ＳＣＲであることを特徴とする。

【００２９】

【発明の実施の形態】この発明は、一般的に電力ツール
で用いられるタイプのモータの動作速度を制御するコン
トローラである。このコントローラは、他のものの中
で、データ格納部から、予め決定された時間間隔で、モ
ータの動作速度を制御するための適切なパルス幅変調
（ＰＷＭ）ディーティサイクルを決定するプロセッサを
含む。ＰＷＭデューティサイクルに対応する信号は、所
望のモータ速度を得、維持するためにモータに加えられ
るパルス幅変調電圧を生成する回路に入力される。

【００３０】平たく言えば、この発明は、モータおよび
負荷に加えられるパルス幅変調駆動電圧のデューティサ
イクルに関する速度で動作させるタイプの可変速度モー
タの動作速度を制御するコントローラである。このコン
トローラは、モータ動作速度を設定する設定スイッチ
と、モータに加えられる電流を計測する装置とを含む。
さらに、可変の所望のモータ動作速度であってモータに
加えられる可変の負荷をもったモータを駆動するための
複数の異なったパルス幅変調デューティサイクルを示す
データを格納するデータ格納部を含む。プロセッサは、
所望の動作速度設定と所望のモータ速度に帰するべく、
加えられた負荷とに対応する特定のデューティサイクル
を示す信号を生成するため、設定スイッチと電流測定装
置とデータ格納部とが動作的に結合されている。プロセ
ッサは、所望のモータ速度に達し、かつ維持するため
に、予め決定された時間間隔でこれらの信号を生成す
る。

【００３１】この発明の通常形態は、所望の動作速度と
加えられた負荷でモータを動作するのに必要なＰＷＭデ
ューティサイクルを示すデータが、データ格納部に格納
される。このようにして、ＰＷＭデューティサイクル
は、拡張した代数計算を実行する必要なしに、直ちにア
クセスすることができる。このことは、プロセッサに、
ＰＷＭデューティサイクルを非常に速く獲得させ、それ
ゆえに、広くかつ迅速な可変負荷状態で速度制御を維持
するのに要求される応答性と安定性のよい、モータ電圧
補償を提供する。

【００３２】ここで、図面を参照すると、図１は、本発
明に係わるモータコントローラ２０の一実施形態のブロ
ック図を示す。このシステムの基本的な構成は、交流入
力電圧２１を直流動作あるいはシステム電圧に変換する
整流器２２を有する。この整流された電圧は、どんな高
い周波数パルスも取り除くフィルタ２４に供給される。
電流制限回路２６は、入力電圧源からの高い電流を制限
するため、フィルタ２４の後段に接続され、制限された
電流の出力は、その後、プロセッサ３０および信号駆動
回路３２に供給される電圧を調整する電圧レギュレータ
２８に供給される。プロセッサ３０に動作的に接続さ
れ、信号駆動回路３２は、プロセッサ３０によって生成
されるパルス幅変調信号を受信し、これらの信号を電圧
供給デバイス３４にドライブする。信号駆動回路３２か
ら受信した信号に対応するパルス幅変調電圧は、その後
供給デバイス３４によってモータ３６に供給される。

【００３３】さらに、プロセッサオン、オフするオン／
オフ制御スイッチ３８とモータ３６の所望速度が入力さ
れる設定スイッチ４０とは、プロセッサ３０に接続され
る。プロセッサ３０は、さらに、このプロセッサ３０に
接続され、操作者へのメッセージを表示する表示装置４
２を有する。加えて、リセット回路４４は、システムを
リセットするため、電圧レギュレータ２８とプロセッサ
３０との間に接続される。電力短絡回路４５は、電流制
限回路２６の入力点とプロセッサ３０との間に接続さ
れ、電圧モニタデバイス４６が、モータの暴走状態が生
じたことを示すとき、コントローラ２０を短絡させる。

【００３４】この発明の重要な形態では、ルックアップ
テーブルを定義するデータを含むデータ格納部４７がプ
ロセッサ３０に接続されている。データ格納部４７は、
モータ３６に配置された負荷の範囲に対する設定スイッ
チ４０によって設定されたモータ動作速度に対応するパ
ルス幅変調デューティサイクルを格納する。

【００３５】図２には、モータコントローラ２０の電気
回路図が示される。整流器２２は、入力結合点４８に電
気的に結合され、入力交流電圧の全波あるいは半波整流
を実現するダイオード４９を有する。交流から直流への
整流は、どんな周知技術によっても実現することがで
き、ここでは全波整流を実現している。整流器２２の後
段には、整流された直流電圧がフィルタ２４によってフ
ィルタリングされ、電圧供給デバイス３４への過電圧と
なるどんな高周波数パルスも取り除かれる。キャパシタ
５０はフィルタ要素として、この発明では用いられ、周
知技術のこれらは、他のフィルタ配列が同様な機能を実
現するのに用いられるものとして、認識される。

【００３６】フィルタリングされた電流は、その後、電
圧供給デバイス３４を介してモータ３６に供給され、５
つの直列接続された抵抗５２を含む電流制限回路２６に
供給される。電流制限回路２６は、電圧レギュレータ２
８に供給されるのに十分低いレベルまで、整流された入
力電圧の電流を制限する。このレギュレータ２８には、
電圧供給デバイス３４を動作するに必要な約１０ボルト
とプロセッサ３０を動作するに要求される５ボルトとを
それぞれ供給する２つのツェナーダイオード５４，５６
を有する。

【００３７】信号駆動回路３２には、好ましくは２Ｎ３
９０６トランジスタで、抵抗６０，６１およびキャパシ
タ６２を介して、プロセッサ３０のピン２４からの５ボ
ルト信号出力に交流結合されるトランジスタ５８を有す
る。トランジスタ６４，６６は、トランジスタ５８の出
力に結合され、トランジスタ５８から供給される電流レ
ベルを上昇させるアンプ６８を形成し、これにより、ア
ンプ６８の出力に結合する電圧供給デバイス３４は適切
に駆動される。

【００３８】交流結合の形態は、プロセッサ３０が失敗
した場合にモータ３６を自動的に遮断することによっ
て、モータが制御範囲外となることを防ぐのに適用さ
れ、それによって、電圧供給デバイス３４をオン状態の
ままにする。そのような状況では、電圧供給デバイス３
４は、キャパシタ６２を通る電流のレベルが低すぎて電
圧供給デバイス３４を駆動することができないほど低下
する前の約３から５ミリ秒間のほんのわずか、持続する
だろう。通常動作では、プロセッサ３０は、モータ３６
が意図的でなく遮断されないように、キャパシタ６２を
リセットするパルスを出力する。

【００３９】ここで、電圧供給デバイス３４を参照する
と、電圧供給デバイス３４は、アンプ６８の出力に接続
された電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）７０を含む。ダ
イオード７２は、ＦＥＴ７０とフィルタ２４お出力との
間に接続され、ＦＥＴが信号駆動回路３２によってオフ
になったとき、ＦＥＴ７０に対する直流クランプを供給
する。ダイオード７２はまた、ＦＥＴ７０がオフになっ
た後、フローティングを継続するモータ電流のためのパ
スを提供する。

【００４０】動作について、ＦＥＴ７０はモータ３６へ
の電圧を供給するためオンになり、モータ電流は増大す
る。ＦＥＴ７０はその後、オフになり、ダイオード７２
を流れるモータ電流を生じさせ、モータ電流を減少させ
る。ＦＥＴ７０は、プロセッサ３０で決定されるよう
な、予め決定されたデューティサイクルで、１秒間に約
２０００回の比率で、オン、オフする。入力電圧によっ
て増大するこのデューティサイクルは、モータ３６への
平均印加電圧を決定する。モータ３６への平均電圧が増
大すると、モータの出力速度はまた、どんな与えられた
負荷でも増大する。

【００４１】好ましい実施の形態では、プロセッサ３０
は、モトローラ ６８ＨＣ０５Ｐ９マイクロプロセッサ
である。他のマイクロプロセッサが同様な機能を遂行で
きるのは周知技術から明らかである。速度設定スイッチ
４０は、プロセッサ３０のピン２２，１９にそれぞれ接
続され、増大スイッチ７３および減少スイッチ７４を有
する。リセット回路４４は、抵抗７６およびキャパシタ
７８を有し、プロセッサが起動した時にプロセッサ３０
のピン１にリセット電圧を供給する。

【００４２】オン／オフ制御スイッチ３８は、プロセッ
サ３０のピン２０に接続され、さらにリセット回路４４
の入力、ピン１に接続される。好都合なことには、この
配列は、オン／オフ制御スイッチ３８の起動を介して操
作者が初期化したオン／オフシーケンスと、プロセッサ
における始動時あるいは不良機能の後に発生するリセッ
トとを識別することをプロセッサに許容する。オン／オ
フ制御スイッチ３８が起動したか否かを決定するため、
プロセッサ３０は、オフになった後にリセット状態の出
力となる論理０の状態に対するポートＰＣ２あるいはピ
ン２０の状態をチェックする。ＰＣ２がローの場合、操
作者によってリセットが生じ、プロセッサ３０はオン／
オフシーケンス、例えば制御スイッチ３８の状態に従っ
てオンあるいはオフするシーケンスを実行する。しか
し、ＰＣ２が論理１あるいはハイ状態である場合、オン
／オフシーケンスの起動によってリセットは生ぜず、プ
ロセッサ３０は、オン／オフ制御スイッチによってリセ
ットが初期化されるまで、オフ状態を継続する。

【００４３】プロセッサ３０のピン２１は、好ましく
は、半導体制御整流器（ＳＣＲ）である電力短絡回路４
６に接続され、ピン１８は、抵抗である電圧モニタデバ
イス４６に接続される。短絡回路４５は、例えばＦＥＴ
７０が短絡された結果として、モータ３６がオフにされ
なかった場合、モータが暴走するのを防止する。動作と
しては、プロセッサ３０は、「ＳＴＯＰ」あるいは低電
力モードに移行する前、予め決定された約５００から６
００ミリ秒の間、ＦＥＴ７０をオフにした後、ＦＥＴ７
０を横切る電圧を決定するため、電圧モニタデバイス４
６を横切る電圧を読み込む。この間、ＦＥＴ電圧が比較
的ローで、それゆえ、ＦＥＴ７０がオフしなかったこと
を示す場合、プロセッサ３０は短絡回路４５のＳＣＲを
オンするピン２１にパルスを出力し、整流された直流電
力源を短絡し、これにより、モータ３６が停止する。

【００４４】表示装置４２は、好ましくはＬＣＤディス
プレイであるが、他の表示装置を用いてもよい。表示装
置４２は、プロセッサ３０のピン３−１０，１１−１
３，２３に接続され、モータ３６の速度を示すプロセッ
サからの信号を受信し、１分当たりの回転としてモータ
速度設定を表示する。

【００４５】この発明の主態様の一つに従うと、データ
格納部４７は、与えられた速度と負荷の状態で、モータ
３６を動作させるために要求されるＰＷＭデューティサ
イクルを格納する。データ格納部は、図示しないプロセ
ッサ３０内に提供され、モータ３６の特定電圧比率に対
応した３次元のルックアップテーブルとして基本的に示
される。ルックアップテーブルは、モータ電流によって
示されるような、操作者が要求するモータの速度と負荷
に基づいたファジー論理の簡単な形を通して、ＰＷＭデ
ューティサイクルを提供する。モータ電流は、抵抗８２
を通して測定され、プロセッサ３０のピン１６に入力さ
れる。

【００４６】この発明の他の観点に従うと、プロセッサ
３０はまた、交流入力電源が非接続のとき、予め決定さ
れた時間、モータ３６に対する最後の速度設定を維持す
る。速度設定を維持するために要求される電力は、ツェ
ナーダイオード５４に接続されるキャパシタ８３から供
給され、その結果、予め決定された時間はキャパシタの
機能であり、この発明では、キャパシタは約１５分間の
機能をもつ。

【００４７】この発明のさらなる観点では、プロセッサ
３０は加熱に対してモータを保護する態様を含む。プロ
セッサ３０は、抵抗８２を横切って計測されるモータ電
流および動作するＲＰＭを用いてモータ温度を見積も
り、モータがオーバーヒートする前にモータ３６へのパ
ルス幅変調電圧を減じる。モータ３６が実際にオーバー
ヒート温度に達した場合、プロセッサ３０は自動的にモ
ータを遮断する。

【００４８】次に、図３から図１０に示すフローチャー
トを参照して、この発明、特にプロセッサ３０の動作の
詳細に説明する。まず、図３において、コントローラ２
０は交流入力２１に接続され、プロセッサ３０は、始動
段階に置かれる（ブロック８４）。プロセッサ３０はま
た、プロセッサ３０がシステムの不良状態を経験した
後、この始動段階に入り、これはコンピュータ動作（Ｃ
ＯＰ）リセットとして参照される。不良状態の検出とＣ
ＯＰリセットの実行の能力は、この発明で好ましいモト
ローラ ６８ＨＣ０５Ｐ９マイクロプロセッサのような
プロセッサ固有の特性である。

【００４９】プロセッサ３０が始動段階（ブロック８
４）であるか否かにかかわらず、サブルーチン、割込、
これらのリターンアドレスおよびデータを含むＲＡＭ内
のスタックポインタはリセットされ、表示装置４２はク
リアされる（ブロック８６）。その後、プロセッサ３０
はＲＡＭテストワードが完全であるか否かを決定する
（ブロック８８）。プロセッサ３０は、モータ３６の最
後の速度設定を維持するため、交流入力電圧が取り除か
れたのち、予め決定された時間の充電を維持するキャパ
シタ８３に接続される。テストワードの状態は、同様
に、プロセッサメモリ内に記憶された最後の速度設定の
状態を示す。プロセッサ３０は、テストワードが受け付
けることができないレベルまで低下していると決定した
場合、ＲＡＭはクリアし、テストワードはリセットされ
る（ブロック９０）。逆に、テストワードが維持されて
いる場合、ブロック９０の処理は、飛ばされる。

【００５０】次の決定は、オン／オフスイッチ３８が起
動したか否かに対してなされる（ブロック９２）。そう
でない場合、プロセッサ３０は、電力アップ処理によっ
て、あるいはＣＯＰ処理によって、リセットされるよう
になっており、プロセッサは、オン／オフ制御スイッチ
３８がプロセッサをリセットするまで、それ自身を遮断
する（ブロック９４）。プロセッサ３０はまた、上述し
たように、電力アップおよびＣＯＰ処理によってリセッ
トされる。

【００５１】オン／オフ制御スイッチが起動されること
が決定されると、オン／オフシーケンスを始めるため、
リセットは、操作者によって初期化される。このとき、
プロセッサ３０は、操作状態につながれ（ブロック９
６）、オン／オフスイッチ３８が、動作するために設定
されたか否かについて決定される（ブロック９８）。そ
うでない場合、その後プロセッサ３０はそれ自身を遮断
し、他のリセットを待つ（ブロック９４）。スイッチ３
８が、動作するために設定されると、プロセッサ３０
は、ポートの設定、Ａ／Ｄのイネーブル、ＰＷＭ傾斜時
間の設定、割込タイマのクリア、タイマカウンタのロー
ド、および割込のイネーブルを含む一連の初期化処理を
開始する（ブロック１００）。ＰＷＭ傾斜は、モータ３
６の突然の高速度動作を避けるため、モータ速度を所望
の速度設定に徐々に増大するための時間間隔である。

【００５２】図４において、ブロック１００で記述した
初期化処理を終了すると、プロセッサ３０は主プログラ
ムに移行し（ブロック１０２）、１つのパルスの間、約
５１２マイクロ秒、待ち（ブロック１０４）、この時間
で、次のパルス幅は計算され、ＣＯＰレジスタはリセッ
トされる（ブロック１０６）。ＣＯＰレジスタのリセッ
トは、ブロック８４−９０で記述したＣＯＰリセットが
生じないようにしている。これらのステップは８．２ミ
リ秒間、繰り返される（ブロック１０８）。

【００５３】８．２ミリ秒後、ポシティブＬＣＤディス
プレイサービスは、ディスプレイが黒になるように、表
示装置４２上で実行される。すなわち、ディスプレイへ
のポシティブ書き込みが行われる（ブロック１１０）。
その後、ＰＷＭ傾斜時間が最大になったか否かが決定さ
れる（ブロック１１２）。そうでない場合、傾斜時間は
増大し（ブロック１１４）、その後、傾斜時間が最大を
超過しているか否かを見るためのチェックがなされる
（ブロック１１６）。そうでない場合、傾斜時間はセー
ブされる（ブロック１２０）が、そうである場合、傾斜
時間は最大に等しく設定され（ブロック１１８）、その
後、セーブされる。ブロック１１２で、ＰＷＭ傾斜が最
初、最大である場合、いなかる調整なしにセーブされる
（ブロック１２０）。モータ３６の動作速度の増大は、
ＰＷＭ傾斜によって指令された増加率で制限されてモー
タ３６は”ソフトスタート”する。一度、ＰＷＭ傾斜時
間が最大に達すると、モータ動作速度の増加、減少率
は、ＰＷＭ傾斜によって制限されない。

【００５４】図５において、ブロック１２０の処理が終
了すると、ブロック１０４−１０８に記述した処理を繰
り返し（ブロック１２２−１２６）、その後表示装置を
動作維持するため、ネガティブＬＣＤサービスが表示装
置４２上で実行される（ブロック１２８）。その後、Ｒ
ＡＭテストワードは、システムのノイズがテストワード
に変えられる場合にリフレッシュされる（ブロック１３
０）。次に、ブロック１０４−１０８の処理が再び繰り
返され（ブロック１３２−１３６）、他のポシティブＬ
ＣＤ表示サービスが表示装置４２上で実行される（ブロ
ック１３８）。

【００５５】図６において、ブロック１０４−１０８で
記述した処理は繰り返され（ブロック１４０−１４
４）、他のネガティブＬＣＤサービスが実行される（ブ
ロック１４６）。この時点で、プロセッサ３０の動作状
態についてチェックされる（ブロック１４８）。プロセ
ッサ３０が動作状態である場合、増加スイッチ７３が起
動したか否かが決定される（ブロック１５０）。起動し
ている場合、跳ね返りを防ぐためスイッチを遅延した後
（ブロック１５２）、設定速度は増加され（ブロック１
５４）、設定速度がモータ３６によって動作可能な最大
速度以上であるかについてチェックがなされる（ブロッ
ク１５６）。最大速度以上である場合、設定速度は減じ
られ、最大速度に設定される（ブロック１５８）。そう
でない場合、速度は増加された設定速度のままとなる。

【００５６】図７において、増加スイッチ７３が起動さ
れない場合、減少スイッチ７４が起動されたか否かにつ
いてのチェックがなされる（ブロック１６０）。そうで
ある場合、スイッチ遅延の後（ブロック１６２）、設定
速度は、減じられる（ブロック１６４）。減じられた設
定速度が最小速度より小さいと決定されたとき、モータ
３６が停止することなく動作可能である場合（ブロック
１６６）、減じられた設定速度はその最小速度にリセッ
トされる（ブロック１６８）。

【００５７】ブロック１６０に戻って、減少スイッチ７
４が起動されない場合、跳ね返りに関連した遅延カウン
タをプリセットすることが要求されるスイッチ遅延はリ
セットされる（ブロック１７２）。ブロック１４８−１
７２で記述した全ての処理では、直接であれ間接であ
れ、各タスクはブロック１７４で終了し、ここで、設定
速度は獲得され、測られ、設定速度を示す表示パターン
に対応した表示装置４２上に表示される。

【００５８】図８および図９において、ＰＷＭを計算す
るためのブロック１０６，１２４，１３４，１４２で要
求されるサブルーチンが記述される。図８に示すよう
に、サブルーチンは、パルスがＦＥＴ７０によって出力
された時にモータ３６を通して流れる動作電流を読み込
むことによって開始され、この電流を最大レベルまでク
ランプする（ブロック１７４）。この時点でスパイクや
ノイズを取り除くため、電流は、時間遅延フィルタによ
ってフィルタリングされる（ブロック１７４）。システ
ムが動作状態であるか否かの決定のためのチェックがな
される（ブロック１７６）。そうである場合、設定速度
および動作電流が獲得され、これらの変数に基づいて、
ＰＷＭは３次元ルックアップテーブルから決定される
（ブロック１７８）。

【００５９】ＰＷＭが一度確定すると、モータがオーバ
ーヒートしないように調整される。そのようにして、動
作電流レベルは、オーバーロードレベルを超えたか否か
を決定するためにチェックされる（ブロック１８０）。
超えた場合、負荷電流は増加され（ブロック１８２）、
次のステップで、負荷電流が最大カウントを超えたか否
かを見るためのチェックがなされる（ブロック１８
４）。超えた場合、負荷電流は、最大カウントに等しく
調整され（ブロック１８６）、ＰＷＭは零に設定され
（ブロック１８８）、サブルーチンはメインプログラム
に戻る（ブロック２１２）。

【００６０】しかし、動作電流がオーバーロード状態を
超えていない場合、負荷カウントが零に等しいか否かを
みるためのチェックがなされる（ブロック１９０）。そ
うでない場合、負荷カウントは減少し（ブロック１９
２）、負荷カウントが零より少ないと実質的に決定され
た場合（ブロック１９４）、負荷カウントは零に等しく
リセットされる（ブロック１９６）。

【００６１】上述した処理において、ブロック１８４，
１９０，１９４の処理でなされた決定の結果が、上述し
た結果と反対である場合、ルーチンは各決定の後、直接
ブロック１９８に移行する。図９に示すブロック１９８
では、ブロック１８０−１９６の処理結果として得られ
たオーバーロードカウントは、ルックアップテーブル４
７から得られたＰＷＭカウントから減じられる。結果と
してのＰＷＭカウントはその後、最小より大きいか否か
について決定するチェックがなされる（ブロック２０
０）。ＰＷＭカウントが大きくない場合、ＰＷＭカウン
トは最小のＰＷＭに設定される（ブロック２０２）。大
きい場合は、この処理が飛ばされる。このようにして、
モータ３６は、ＰＷＭカウントの結果があまりにも小さ
いとして停止することを避けることができる。

【００６２】ＰＷＭカウントがＲＡＭＰ以下であるか否
かについて決定される（ブロック２０４）。ＰＷＭカウ
ントが以下でない場合、ＰＷＭはＲＡＭＰに等しく設定
される。そうでない場合、この処理は飛ばされる。その
後、ＰＷＭが最大に等しいか否かについて決定される
（ブロック２０８）。そうでない場合、サブルーチンは
主プログラムに戻る（ブロック２１２）が、そうである
場合、プログラムが主プログラムに戻る（ブロック２１
２）前に、最大のＰＷＭフラグが設定される（ブロック
２１０）。

【００６３】図１０は、モータ３６を駆動するＰＷＭ出
力を生成するのに用いられる割込ルーチンを示すフロー
チャートであり、割込ルーチンはプロセッサ３０の機能
である。好ましい実施の形態では、割込は１秒間に約２
０００回あるいは各５１２マイクロ秒毎に発生する。各
割込の後、モータ３６は動作しているかについての決定
がなされる（ブロック２１４）。動作していない場合、
プロセッサ３０の図示しない内部タイマはリセットさ
れ、５１２マイクロ秒は、割込期間を終了するためのタ
イマによってカウントされる（ブロック２１６）。タイ
マがリセットされた後、電圧はレジスタ４６を介し、Ｆ
ＥＴ７０を横切って読まれ、その値はセーブされる（ブ
ロック２１８）。ＦＥＴ７０はモータ３６に接続され、
ＦＥＴ７０の電圧が低く、上述したモータ暴走状態が生
じた場合、モータを通る電流は存在する。プロセッサ３
０の出力は、次の割込でスイッチをローに設定され（ブ
ロック２２０）、ルーチンは割込から戻る（ブロック２
２２）。

【００６４】ブロック２１４で、モータ３６が動作中で
ある場合、最後の割込の間、出力が、スイッチがローま
たはハイに切り換えられたか否かについて知ることが要
求される（ブロック２２４）。出力がローに切り換えら
れた場合、プロセッサタイマはリセットされ（ブロック
２２６）、出力は次の割込でハイに切り換える設定がな
され（ブロック２２８）、ルーチンは割込から戻る（ブ
ロック２３０）。ブロック２２６におけるタイマのリセ
ットから５１２マイクロ秒が経過した後、他の割込がス
イッチがローに切り換えられた出力とともに生じる。

【００６５】ブロック２２４で、出力が前回の割込でハ
イに切換設定されていることを決定し、ＰＷＭ出力が最
大であるか否かを見るためのチェックがなされる（ブロ
ック２３２）。そうでない場合、モータを流れる電流は
計測され、その値はセーブされる（ブロック２３４）。
その後、タイマはリセットされ、測定されたモータ電流
に対応するＰＷＭカウントと所望の速度設定はルックア
ップテーブルから獲得される（ブロック２３６）。その
後、獲得されたＰＷＭカウントがなくなるとき、出力は
ローに切換設定される（ブロック２３８）。ルーチンは
その後割込から戻る（ブロック２４０）。

【００６６】ブロック２３２でＰＷＭ出力が最大の場
合、出力パルスは、所望の最大速度でモータ３６を駆動
するため、可能な限り長くハイを維持する。しかし、パ
ルスは効果的に交流電圧信号になるため、継続的に維持
することができず、それゆえ、信号駆動回路３２のキャ
パシタ６２によってブロックされる。このようにして、
モータ電流が読み込まれ、セーブされた後（ブロック２
４２）、プロセッサタイマは出力パルスをローに切換設
定し（ブロック２４４）、ルーチンは時間が経過し、出
力が実際ローに切り換えられるまで、この状態で待機す
る（ブロック２４４）。出力パルスは、パルスが信号駆
動回路３２を通過するに十分な最小時間が経過した後、
再びハイに切換設定される（ブロック２４６）。出力が
実際ハイに切り換えられるまで、プログラムはこの状態
を維持する（ブロック２４６）。出力がハイに切り換え
られた後、タイマはリセットされ、プロセッサ３６は、
他の割込出力前に、平均５１２マイクロ秒の経過の終了
を待ち（ブロック２４８）、プログラムは割込から戻る
（ブロック２５０）。このようにして、パルス出力は、
次の割込が発生するとき、ハイに維持される。

【００６７】上述した詳細な記述から、多くの利点や有
用な効果をもつ、可変速度モータの動作速度制御のため
のコントローラが示されたことが理解できる。特に利点
としては、コントローラが、設定速度の広い範囲やモー
タ負荷の広い範囲でモータを動作する際に要求されるパ
ルス幅変調（ＰＷＭ）デューティサイクルをもつルック
アップテーブルを持つことである。ＰＷＭデューティサ
イクルは、ルックアップテーブルをアクセスすることに
よって簡単に得ることができ、それゆえ、ＰＷＭデュー
ティサイクルが要求される毎に、拡張した代数計算を必
要としない。結果として、ＰＷＭデューティサイクルは
速い時間間隔で得ることができ、プロセッサに、急速に
変化するモータ負荷状態に迅速に対応することを許容す
る。

【００６８】この発明の種々の実施の形態は示され、記
述されたが、他の変形、置換、変更も含まれることは明
らかに理解できる。このような変形、置換、変更は、請
求の範囲から決定されるこの発明の技術思想から離れる
ことなく行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を一般的に示したブロック
図である。

【図２】本発明の一実施形態を示す電気回路図である。

【図３】本発明の動作を記述したフローチャートであ
る。

【図４】本発明の動作を記述したフローチャートであ
る。

【図５】本発明の動作を記述したフローチャートであ
る。

【図６】本発明の動作を記述したフローチャートであ
る。

【図７】本発明の動作を記述したフローチャートであ
る。

【図８】本発明の動作を記述したフローチャートであ
る。

【図９】本発明の動作を記述したフローチャートであ
る。

【図１０】本発明の動作を記述したフローチャートであ
る。

【符号の説明】

２１…交流入力電圧 ２２…整流器 ２４…フィルタ ２６…電流制限回路 ２８…電圧レギュレータ ３０…プロセッサ ３２…信号駆動回路 ３４…電圧供給デバイス ３６…モータ ３８…オン／オフスイッチ ４０…速度設定スイッチ ４２…表示装置 ４４…リセット回路 ４５…電力短絡回路 ４６…電圧モニタデバイス ４７…データ格納部（ルックアップテーブル）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マイケル、レンク アメリカ合衆国、ウィスコンシン州53172、 サウスミルウォーキー、メノモニーアベニ ュー516 (72)発明者 アリ、アイ、ウズムク アメリカ合衆国、イリノ州60194、ホフマ ンエステイツ、ブルックサイドドライブ 1500

Claims (21)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータおよびモータに加えられる負荷に
   供給されるパルス幅変調駆動電圧のデューティサイクル
   に対応した速度で動作するタイプの可変速度モータの動
   作速度を制御する可変速度モータの制御装置において、 モータ動作速度を設定する設定手段と、 前記モータに加えられる負荷を計測する負荷計測手段
   と、 種々の所望のモータ動作速度で、該モータに加えられる
   種々の負荷を持ったモータを駆動するための複数の異な
   るパルス幅変調デューティサイクルを示すデータを格納
   する格納手段と、 前記設定手段と前記負荷計測手段と前記格納手段とに接
   続され、前記所望のモータ速度にするために所望の動作
   速度設定と加えられた負荷に対応した特定のデューティ
   サイクルを生成し、前記所望のモータ速度に到達させ、
   維持するための信号を所定の時間間隔で生成する処理手
   段と、 前記特定のデューティサイクルをもった前記パルス幅変
   調電圧を前記モータに供給する供給手段とを具備したこ
   とを特徴とする可変速度モータの制御装置。
2. 【請求項２】 前記デューティサイクルデータは、加え
   られた負荷と動作速度設定との複数の組合せのそれぞれ
   に対する特有の出力信号を含むルックアップテーブルの
   形態であることを特徴とする請求項１に記載の可変速度
   モータの制御装置。
3. 【請求項３】 前記設定手段は、操作者によって起動さ
   れる少なくとも１つのスイッチを有することを特徴とす
   る請求項１に記載の可変速度モータの制御装置。
4. 【請求項４】 前記負荷計測手段は、前記モータに加え
   られた前記負荷を決定するモータ動作電流を計測するこ
   とを特徴とする請求項１に記載の可変速度モータの制御
   装置。
5. 【請求項５】 前記処理手段は、マイクロプロセッサで
   あることを特徴とする請求項１に記載の可変速度モータ
   の制御装置。
6. 【請求項６】 前記処理手段は、 当該制御装置への入力電力がなくなった後に所定の時間
   間隔で前記所望のモータ速度を保持し、 前記入力電力が前記制御装置に再供給されたときに、前
   記所望のモータ速度を再設定することを特徴とする請求
   項１に記載の可変速度モータの制御装置。
7. 【請求項７】 前記処理手段は、 前記モータが過負荷状態に近づいたときに前記供給手段
   によって前記モータに供給されるパルス幅変調電圧を減
   少し、 前記モータが過負荷状態に到達したときに前記供給手段
   によって前記モータに供給されるパルス幅変調電圧を停
   止することを特徴とする請求項１に記載の可変速度モー
   タの制御装置。
8. 【請求項８】 前記供給手段は、ＦＥＴおよびダイオー
   ドを具備することを特徴とする請求項１に記載の可変速
   度モータの制御装置。
9. 【請求項９】 前記処理手段と前記供給手段との間に接
   続され、前記処理手段によって生成された前記信号を前
   記供給手段に供給する信号駆動手段をさらに具備したこ
   とを特徴とする請求項１に記載の可変速度モータの制御
   装置。
10. 【請求項１０】 前記信号駆動手段は、前記供給手段に
    加えられる信号を増幅うる増幅手段を具備することを特
    徴とする請求項９に記載の可変速度モータの制御装置。
11. 【請求項１１】 前記信号駆動手段は、前記処理手段に
    障害がある場合に、前記処理手段から前記供給手段への
    前記信号を停止する信号停止手段を具備することを特徴
    とする請求項９に記載の可変速度モータの制御装置。
12. 【請求項１２】 前記信号停止手段は、前記信号を交流
    結合させるトランジスタとキャパシタと抵抗とを具備す
    ることを特徴とする請求項１１に記載の可変速度モータ
    の制御装置。
13. 【請求項１３】 交流外部入力電圧を直流動作電圧に整
    流する整流手段をさらに具備したことを特徴とする請求
    項１に記載の可変速度モータの制御装置。
14. 【請求項１４】 前記整流手段に接続され、不要な高周
    波パルスを除去するフィルタをさらに具備したことを特
    徴とする請求項１３に記載の可変速度モータの制御装
    置。
15. 【請求項１５】 前記動作電圧を、前記供給手段に供給
    される第１の電圧と前記処理手段に供給される第２の電
    圧とに調整し、駆動するレギュレータをさらに具備した
    ことを特徴とする請求項１３に記載の可変速度モータの
    制御装置。
16. 【請求項１６】 前記レギュレータは、 前記整流された外部入力電圧の電流を制限する少なくと
    も１つの抵抗と、 前記第１の電圧を調整する第１のツェナーダイオード
    と、 前記第２の電圧を調整する第２のツェナーダイオードと
    を具備することを特徴とする請求項１５に記載の可変速
    度モータの制御装置。
17. 【請求項１７】 前記処理手段に接続され、前記処理手
    段によって生成されたメッセージを表示する表示手段を
    さらに具備することを特徴とする請求項１に記載の可変
    速度モータの制御装置。
18. 【請求項１８】 前記表示手段は、ＬＣＤディスプレイ
    であることを特徴とする請求項１７に記載の可変速度モ
    ータの制御装置。
19. 【請求項１９】 前記表示手段は、前記モータの速度を
    表示することを特徴とする請求項１８に記載の可変速度
    モータの制御装置。
20. 【請求項２０】 前記処理手段に接続され、前記表示手
    段に障害がある場合、当該制御装置の動作電圧を短絡す
    る電力短絡手段をさらに具備したことを特徴とする請求
    項１に記載の可変速度モータの制御装置。
21. 【請求項２１】 前記電力短絡手段は、ＳＣＲであるこ
    とを特徴とする請求項２０に記載の可変速度モータの制
    御装置。