WO2012035720A1 - モータ駆動装置 - Google Patents

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杉浦　賢治
浩一 山崎
加藤　康司
坪内　俊樹
智也 細川
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パナソニック株式会社
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    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
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    • H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position
    • H02P6/17—Circuit arrangements for detecting position and for generating speed information

Definitions

  • the present invention relates to a configuration and method for detecting a locked state of a motor, and a motor driving device for protecting the lock of the motor.
  • a conventional motor driving device performs motor lock protection using the following configuration and method for detecting motor lock and a conventional detection method.
  • the conventional motor drive apparatus is comprised from the rotor, the drive coil, the rotor position detector, the speed detector which converts position information into speed information, and the drive part which drives a motor.
  • the conventional motor driving device is provided with a rotation sensor that outputs a pulse signal every time the motor rotates a certain amount.
  • a method for detecting that the motor is in a locked state when a pulse signal from the rotation sensor is not output within a preset lock detection time is disclosed (for example, see Patent Document 1).
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a configuration for detecting and protecting the locked state of the motor in the conventional motor driving apparatus.
  • the conventional motor drive device includes a rotor 1, a drive coil 2, a rotor position detector 3, a speed detector 4, and a drive unit 7.
  • the rotor position detector 3 is composed of a rotation sensor such as a Hall IC.
  • the speed detector 4 converts the position information of the rotor 1 detected by the rotor position detector 3 into speed information.
  • the drive unit 7 receives a drive command 6 for the motor and outputs a drive output to the motor.
  • the motor is rotationally driven by the drive output output from the drive unit 7.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the operation of detecting and protecting the locked state of the motor in the conventional motor driving apparatus.
  • the rotor position is indicated by the movement amount from the starting position on the vertical axis and the time on the horizontal axis.
  • the rotor position changes from the start position with an inclination proportional to the speed (movement amount / time) and returns to the start position again.
  • the rotor position detector 3 outputs one pulse of the rotor position detector signal (U).
  • the speed detector 4 measures the time t1 which is the time interval from the rising edge to the rising edge or the falling edge to the falling edge of the rotor position detector signal (U), so that both the speed information H and the rotor 1 Rotational speed can be measured.
  • the rotor position detector signal (U) rises from the rising edge of the pulse of the rotor position detector signal (U) or falls from the falling edge to the falling edge during the lock detection time t2.
  • the speed information is set to zero (L), and it is determined that the rotation of the rotor 1 is locked.
  • the drive output of the drive part 7 which drives a motor is turned off, and lock protection of a motor is performed.
  • the conventional method for protecting the locked state of the motor is effective when the rotor 1 rotates in a certain direction.
  • the rotation direction does not rotate in a certain direction due to the type of external load driven by the motor, the hardness of the foreign matter, and the elastic force, but the rotation direction is forward rotation (+), reverse rotation ( ⁇ ) There may be an abnormal situation where the direction repeats.
  • a motor is used for a blower fan installed outdoors, for example, when the rotation of the fan instantaneously reverses due to the elastic force of a branch or the like that contacts the external load, the constant rotation is hindered, etc. It is.
  • a time t3 that is a time interval from the rising edge of the rotor position detector signal (U) to the rising edge or from the falling edge to the falling edge is measured by the speed detector 4 and determined as speed information H.
  • the drive unit 7 does not turn off the drive output supplied to the motor.
  • the motor abnormality cannot be detected even though the motor rotor 1 does not normally rotate in a certain direction. Therefore, the drive unit 7 intermittently outputs a drive output for rotating the motor at the maximum current and continuously outputs the drive output to the motor. As a result, there is a problem that the motor generates abnormal heat and the motor is damaged.
  • a motor drive device includes a motor having a rotor and a drive coil, a rotor position detector that detects position information of the rotor, a speed detector that converts position information into speed information, and rotational information about position information.
  • a direction detector for converting to a motor, and a drive unit for driving the motor.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration for detecting and protecting a locked state of a motor of a motor drive device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining an operation of detecting and protecting the locked state of the motor in the motor drive device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing the logic of the rotor position detector signals (U), (V), and (W) when the motor is rotating forward in the motor driving device.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a configuration for detecting and protecting the locked state of the motor in the conventional motor driving apparatus.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the operation of detecting and protecting the locked state of the motor in the conventional motor driving apparatus.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration for detecting and protecting the lock state of the motor of the motor drive device according to the embodiment of the present invention.
  • the motor drive device of the present embodiment drives at least the rotor 1, the drive coil 2, the rotor position detector 3, the speed detector 4, the direction detector 5, and the motor. It is comprised from the drive part 7.
  • the rotor position detector 3 is composed of a rotation sensor such as a Hall IC.
  • the speed detector 4 converts the position information of the rotor 1 detected by the rotor position detector 3 into speed information.
  • the direction detector 5 converts the position information of the rotor 1 detected by the rotor position detector 3 into rotation direction information.
  • the drive unit 7 receives a drive command 6 for the motor, and outputs a drive output such as a drive voltage and a drive current to the motor.
  • the motor is rotationally driven by the drive output output from the drive unit 7.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of detecting and protecting the locked state of the motor in the motor drive apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing the logic of the rotor position detector signals (U), (V), and (W) when the motor is rotating forward in the motor driving device.
  • the drive unit 7 turns on the drive output and energizes the drive coil 2 of the motor.
  • the rotor 1 of the motor rotates.
  • a magnet is attached to the rotor 1.
  • the NS magnetic pole of the magnet of the rotor 1 is detected by the rotor position detector 3 made of, for example, a Hall element or a Hall IC, which is provided at a different position with a phase of 120 ° electrical angle.
  • the rotor position detector 3 outputs rotor position detector signals (U), (V), and (W) having different phases of an electrical angle of 120 °.
  • the speed detector 4 causes the rotor position detector signal (U) pulse to rise (period from rise to rise) or fall (fall).
  • Time t1 that is a time interval of the period from the first to the last falling).
  • the speed detector 4 determines that the motor is rotating (speed information is H).
  • the drive output of the drive part 7 is turned on, and drive outputs, such as a drive current and a drive voltage, are continuously output to the drive coil 2 of a motor during A section of FIG.
  • the rotor position detector 3 divides one rotation of the rotor 1 into, for example, six equal periods from the period a to the period a.
  • the logic of the H or L rotor position detector signals (U), (V), (W) is output in the order of period from to f.
  • the speed information Is recognized as zero (L).
  • the speed information is recognized as zero (L).
  • the motor is determined to be in a locked state, the drive output of the drive unit 7 is turned off, and the lock of the motor is protected. As a result, it is possible to prevent a motor from being damaged and to realize a motor driving device excellent in reliability and safety.
  • the present invention can be applied to a wide range of fields such as industrial motors and home appliance motors as motor drive devices that protect the locked state of the motor.

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Abstract

　本発明のモータ駆動装置は、ロータと、駆動コイルと、ロータ位置検出器と、位置情報を速度情報に変換する速度検出器と、位置情報を回転方向情報に変換する方向検出器と、モータを駆動する駆動部とを備えている。そして、ロータ位置検出器信号のパルスが速度検出器に入力されない場合、およびロータがロック状態で正回転・逆回転を繰り返す状態において、方向検出器でモータの回転方向の変化を検知した場合、のいずれかを検出したときに、モータがロックしていると判定して駆動部の駆動出力をオフする。

Description

モータ駆動装置
　本発明は、モータのロック状態を検出する構成、方法およびモータのロック保護を行うモータ駆動装置に関する。
　従来のモータ駆動装置は、以下に示す、モータのロックを検出する構成、方法および従来の検出方法を用いてモータのロック保護を行っている。ここで、従来のモータ駆動装置は、ロータと、駆動コイルと、ロータ位置検出器と、位置情報を速度情報に変換する速度検出器と、モータを駆動する駆動部とから構成されている。
　そして、モータへの駆動指令がオンにもかかわらず、速度検出器で変換されたモータの速度情報がゼロ（Ｌ）となった場合、モータがロックしていることを検出する。モータのロックが検出された場合、駆動部は、モータへの駆動出力をオフすることによりモータを保護している。
　つまり、従来のモータ駆動装置は、モータが一定量回転する毎にパルス信号を出力する回転センサを設けている。そして、回転センサからのパルス信号が予め設定したロック検出時間内に出力されなかった場合に、モータがロック状態であることを検出する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
　以下に、従来のモータ駆動装置における、モータのロック状態を検出する方法について、図４および図５を用いて具体的に説明する。
　図４は、従来のモータ駆動装置におけるモータのロック状態を検出し保護する構成を説明する図である。
　図４に示すように、従来のモータ駆動装置は、ロータ１と、駆動コイル２と、ロータ位置検出器３と、速度検出器４と、駆動部７とから構成されている。ロータ位置検出器３は、例えばホールＩＣなどの回転センサで構成されている。速度検出器４は、ロータ位置検出器３で検出したロータ１の位置情報から速度情報に変換する。駆動部７は、モータへの駆動指令６を受け、モータに駆動出力を出力する。モータは、駆動部７から出力された駆動出力により回転駆動する。
　つぎに、従来のモータ駆動装置の動作について、図５を用いて説明する。
　図５は、従来のモータ駆動装置におけるモータのロック状態を検出し保護する動作を説明する図である。
　ここで、図５に示すように、ロータ位置は、縦軸を始動位置からの移動量、横軸を時間として示されている。そして、Ａ区間において、ロータ１が１回転した場合、ロータ位置は、始動位置から速度（移動量／時間）に比例した傾きで変化し再び始動位置に戻る。
　そして、ロータ１が１回転する毎に、ロータ位置検出器３によってロータ位置検出器信号（Ｕ）が１パルス出力される。このとき、速度検出器４で、ロータ位置検出器信号（Ｕ）のパルスの立ち上がりから立ち上がり、または立ち下りから立ち下りまでの時間間隔である時間ｔ１を測定することにより、速度情報Ｈともにロータ１の回転速度の計測ができる。
　また、図５に示すＢ区間において、ロータ１が回転中にロックした場合、ロック検出時間ｔ２の期間にロータ位置検出器信号（Ｕ）のパルスの立ち上がりから立ち上がり、または立ち下りから立ち下りまでの時間間隔で、ロータ位置検出器信号（Ｕ）が入力されない。その場合には、速度情報をゼロ（Ｌ）として、ロータ１の回転がロック状態であると判断する。そして、モータを駆動する駆動部７の駆動出力をオフし、モータのロック保護を行う。
　このとき、通常、ロータ１の回転がロック状態の場合、モータを回転させる駆動電流が不足していると判断して、駆動部７は最大電流でモータを駆動させる状態を継続しようとする。これにより、モータが異常発熱し、破損する場合がある。しかし、モータのロック保護によって、モータに印加される駆動出力をオフすることにより、モータの破損を防止することが可能となる。
　上記従来のモータのロック状態を保護する方法は、一定方向にロータ１が回転する場合には有効である。
　しかしながら、図５のＣ区間で示すように、モータにより駆動される外部負荷の種類や異物硬度、弾性力の違いによって、一定方向に回転せず回転方向が正回転（＋）、逆回転（－）方向を繰り返すような異常な状態になる場合が発生する。すなわち、屋外に設置される送風ファンにモータを用いる場合、例えば外部負荷となるファンに接触する枝などの弾性力により、ファンの回転が瞬間的に逆回転し、一定回転が阻害される場合などである。
　この場合、ロータ位置検出器信号（Ｕ）のパルスの立ち上がりから立ち上がり、または立ち下りから立ち下りまでの時間間隔である時間ｔ３が、速度検出器４で計測され、速度情報Ｈとして判定される。
　つまり、モータのロータ１が回転していると判断される。その結果、モータのロータ１がロック状態であることが認識できないため、駆動部７はモータに供給する駆動出力をオフしない。
　したがって、モータのロータ１が正常に一定方向に回転していないにもかかわらず、モータの異常を検出できない。そのため、駆動部７はモータを最大電流で回転させようとする駆動出力を断続して、かつ継続してモータに出力する。その結果、モータが異常発熱し、モータが破損するという課題がある。
特開２００９－２８５８０５号公報
　本発明のモータ駆動装置は、ロータと駆動コイルとを有するモータと、ロータの位置情報を検出するロータ位置検出器と、位置情報を速度情報に変換する速度検出器と、位置情報を回転方向情報に変換する方向検出器と、モータを駆動する駆動部と、を備えている。そして、駆動部に駆動指令が入力されてモータが駆動されている状態において、ロータ位置検出器からロータ位置検出器信号が速度検出器に入力されない場合、およびロータがロック状態で正回転・逆回転を繰り返す状態において、ロータ位置検出器からロータ位置検出器信号の立ち上がり間、または立ち下り間の時間を測定中に方向検出器でモータの回転方向の変化を検知した場合、のいずれかを検出したときに、モータがロックしていると判定して駆動部の駆動出力をオフする。
　これにより、モータが正回転、逆回転を繰り返すようなロック状態になった場合にもロック状態と判定し、モータのロック保護をかけることができる。その結果、モータの破損を未然に防止し、信頼性と安全性に優れたモータ駆動装置を実現できる。
図１は、本発明の実施の形態におけるモータ駆動装置のモータのロック状態を検出し保護する構成を説明する図である。 図２は、本発明の実施の形態のモータ駆動装置におけるモータのロック状態を検出し保護する動作を説明する図である。 図３は、同モータ駆動装置におけるモータの正回転時のロータ位置検出器信号（Ｕ）、（Ｖ）、（Ｗ）の論理を示す図である。 図４は、従来のモータ駆動装置におけるモータのロック状態を検出し保護する構成を説明する図である。 図５は、従来のモータ駆動装置におけるモータのロック状態を検出し保護する動作を説明する図である。
　以下、本発明の実施の形態のモータ駆動装置について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明では、同一または相当する構成要素には同一符号を付して説明する。また、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
　（実施の形態）
　図１は、本発明の実施の形態におけるモータ駆動装置のモータのロック状態を検出し保護する構成を説明する図である。
　図１に示すように、本実施の形態のモータ駆動装置は、少なくともロータ１と、駆動コイル２と、ロータ位置検出器３と、速度検出器４と、方向検出器５と、モータを駆動する駆動部７とから構成されている。ここで、ロータ位置検出器３は、例えばホールＩＣなどの回転センサで構成されている。速度検出器４は、ロータ位置検出器３で検出したロータ１の位置情報から速度情報に変換する。方向検出器５は、ロータ位置検出器３で検出したロータ１の位置情報を回転方向情報に変換する。駆動部７は、モータへの駆動指令６を受け、モータに駆動電圧や駆動電流などの駆動出力を出力する。モータは、駆動部７から出力された駆動出力により回転駆動する。
　以下、本発明の実施の形態のモータ駆動装置の動作について、図１を参照しながら、図２と図３を用いて詳細に説明する。
　図２は、本発明の実施の形態のモータ駆動装置におけるモータのロック状態を検出し保護する動作を説明する図である。図３は、同モータ駆動装置におけるモータの正回転時のロータ位置検出器信号（Ｕ）、（Ｖ）、（Ｗ）の論理を示す図である。
　まず、図１に示すように、駆動指令６が駆動部７に入力されると、駆動部７は駆動出力をオンにして、モータの駆動コイル２に通電を行う。これにより、モータのロータ１が回転する。このとき、ロータ１にはマグネットが装着されている。そして、電気角１２０°の位相で異なる位置に設けられた、例えばホール素子やホールＩＣなどからなるロータ位置検出器３によりロータ１のマグネットのＮＳ磁極が検出される。これにより、ロータ位置検出器３は、電気角１２０°の位相が異なるロータ位置検出器信号（Ｕ）、（Ｖ）、（Ｗ）を出力する。
　そして、図２に示すように、モータのロータ１が１回転すると、ロータ位置検出器３によってロータ位置検出器信号（Ｕ）が１パルス出力される。
　このとき、ロータ１が同じ方向に回転している場合、速度検出器４で、ロータ位置検出器信号（Ｕ）のパルスの立ち上がり間（立ち上がりから立ち上がりまでに期間）、または立ち下り間（立ち下りから立ち下りまでの期間）の時間間隔である時間ｔ１を計測する。そして、計測した時間ｔ１により、速度検出器４は、モータが回転している状態（速度情報がＨ）と判断する。これにより、駆動部７の駆動出力をオンにして、図２のＡ区間の間、継続してモータの駆動コイル２に駆動電流や駆動電圧などの駆動出力を出力する。
　つぎに、図２のＢ区間で示すように、ロータ１がロック状態となった場合、ロック検出時間ｔ２が経過する間に、例えばロータ位置検出器信号（Ｕ）のパルスの立ち上がり、または立ち下りが検出されない。そこで、速度検出器４は、モータのロータ１がロック状態（速度情報がＬ）であると判断して、駆動部７の駆動出力をオフする。
　このとき、図３に示すように、モータが正回転で回転している場合、ロータ位置検出器３は、ロータ１の１回転を、例えばａ期間からｆ期間の６等分した場合、ａ期間からｆ期間の順番で、ＨまたはＬのロータ位置検出器信号（Ｕ）、（Ｖ）、（Ｗ）の論理を出力する。
　一方、図２のＣ区間で示すように、ロータが、時間ｔ３の時間間隔において、例えば上記で説明した枝などに弾性力を有する異物などにより正回転できなくなった場合、枝の弾性力により、一定方向に回転制御しているにもかかわらずロータ１は正回転、逆回転を繰り返す。このとき、ロータ１が図２の正回転、逆回転を繰り返すＣ区間において、上記のｂ期間に相当するｊ期間から、ｃ期間に相当するｇ期間に移った場合、ロータ検出器信号（Ｕ）、（Ｖ）、（Ｗ）の論理は、正回転時のｃ期間の（Ｌ、Ｌ、Ｈ）ではなく、図２のｇ期間のように（Ｌ、Ｈ、Ｌ）となる。その結果、ロータ検出器信号（Ｕ）、（Ｖ）、（Ｗ）の論理は、正回転時の論理と異なるため、図１に示す方向検出器５は、ロータ１の回転方向が変化し、例えば逆回転になったことを検知する。
　つまり、ロータ位置検出器信号（Ｕ）のパルスの立ち上がりから立ち上がり、または立ち下りから立ち下りまでの時間間隔である時間ｔ３を測定中に、上記で説明したロータ１の逆回転を検知した場合、時間ｔ３中に測定された速度情報は実際の速度を反映していないと判断して、速度検出器４は速度情報がゼロ（Ｌ）であると認識する。
　以上で説明したように、本実施の形態によれば、まず、ロータ１がロック状態となり、ロック検出時間ｔ２の間にロータ位置検出器信号のパルスが入力されない第１の条件の場合、速度情報がゼロ（Ｌ）と認識される。または、ロータ１がロック状態で、正回転および逆回転を繰り返しているときに、ロータ位置検出器信号のパルスの立ち上がりから立ち上がり、または立ち下りから立ち下りまでの時間を測定する期間中に、方向検出器がモータの回転方向の変化（反転）を検知した第２の条件の場合、速度情報がゼロ（Ｌ）と認識される。そして、上記第１の条件、または第２の条件の、どちらかの条件が成立すれば、モータがロック状態と判断して、駆動部７の駆動出力をオフし、モータのロック保護を行う。これにより、モータの破損を未然に防止し、信頼性と安全性に優れたモータ駆動装置を実現できる。
　本発明は、モータのロック状態を保護するモータ駆動装置として、産業用モータや家電用モータなどの広範囲の分野に適用できる。
　１　　ロータ
　２　　駆動コイル
　３　　ロータ位置検出器
　４　　速度検出器
　５　　方向検出器
　６　　駆動指令
　７　　駆動部

Claims (1)

  1. ロータと駆動コイルとを有するモータと、前記ロータの位置情報を検出するロータ位置検出器と、前記位置情報を速度情報に変換する速度検出器と、前記位置情報を回転方向情報に変換する方向検出器と、前記モータを駆動する駆動部と、を備え、
    前記駆動部に駆動指令が入力されて前記モータが駆動されている状態において、前記ロータ位置検出器からロータ位置検出器信号のパルスが前記速度検出器に入力されない場合、および前記ロータがロック状態で正回転・逆回転を繰り返す状態において、前記ロータ位置検出器から前記ロータ位置検出器信号のパルスの立ち上がり間、または立ち下り間の時間を測定中に前記方向検出器で前記モータの回転方向の変化を検知した場合、のいずれかを検出したときに、前記モータがロックしていると判定して前記駆動部の駆動出力をオフするモータ駆動装置。
PCT/JP2011/004976 2010-09-15 2011-09-06 モータ駆動装置 WO2012035720A1 (ja)

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