WO2023228944A1 - モータ駆動制御装置、モータユニット、およびモータ駆動制御方法 - Google Patents

モータ駆動制御装置、モータユニット、およびモータ駆動制御方法 Download PDF

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WO2023228944A1
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WO
WIPO (PCT)
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commutation mode
limit value
motor
drive control
current limit
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/019179
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English (en)
French (fr)
Inventor
直之 和田
Original Assignee
ミネベアミツミ株式会社
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14Electronic commutators
    • H02P6/16Circuit arrangements for detecting position
    • H02P6/18Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements
    • H02P6/182Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements using back-emf in windings
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P8/00Arrangements for controlling dynamo-electric motors of the kind having motors rotating step by step
    • H02P8/14Arrangements for controlling speed or speed and torque

Definitions

  • the present invention relates to a motor drive control device, a motor unit, and a motor drive control method, and for example, to a motor drive control device for driving a stepping motor.
  • motors have a current limiting function that limits the current flowing through the coils of a motor (hereinafter also referred to as ⁇ coil current'') from exceeding a preset value (hereinafter also referred to as ⁇ current limit value'').
  • a motor drive control device is known (for example, see Patent Document 1).
  • a motor drive control device is known that detects a zero cross of a back electromotive voltage of a coil of a motor and commutates the coil (for example, see Patent Document 2).
  • the inventor of the present application studied a new motor drive control technology prior to the present application. Specifically, while controlling the motor so that the motor coil current does not exceed the current limit value, when the motor rotation speed is lower than a threshold value, the coil commutation is controlled based on the zero crossing of the back electromotive force of the coil.
  • the inventor of the present application has studied a motor drive control technique in which the coil is commutated according to a preset commutation time when the rotational speed of the motor is equal to or higher than a threshold value.
  • the inventor of the present application has found that the above motor drive control technology has the following problems.
  • the motor drive control technology As the load on the motor becomes lighter, the rotational speed of the motor increases, and when the rotational speed of the motor reaches a threshold value, the motor is controlled so that the rotational speed becomes below the threshold value. be done.
  • the coil current can rise up to the current limit value regardless of the rotational speed of the motor. Therefore, even when the load on the motor is light, more coil current than necessary may flow, increasing the power consumption of the motor.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to suppress an increase in power consumption of a motor.
  • a motor drive control device includes a control circuit that generates a drive control signal for controlling the drive of a motor, and a control circuit that drives a coil of the motor based on the drive control signal.
  • a drive circuit, and the control circuit is configured to operate in a first commutation mode or a target in which the coil is commutated based on the detection result of zero crossing of the back electromotive voltage of the coil based on the rotational speed of the motor.
  • a commutation mode setting section that selects a second commutation mode in which the coil is commutated according to the energization time and sets it as the commutation mode; and a commutation mode set by the commutation mode setting section.
  • a drive control signal generation unit that generates the drive control signal
  • a current limit value setting unit that sets a current limit value that is a reference for limiting the current flowing through the coil
  • a current limit value setting unit that sets a current limit value that is a reference for limiting the current flowing through the coil
  • a current limiter that instructs the drive control signal generator to stop excitation of the coil when the commutation mode reaches the first value
  • the current limit value is set to a first value during a period in commutation mode, and the current limit value is set to a second value smaller than the first value during at least a part of the period in the second commutation mode. It is characterized by
  • the motor drive control device According to the motor drive control device according to the present invention, it is possible to suppress an increase in power consumption of the motor.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of a motor unit according to an embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing the configuration of a motor.
  • FIG. 2 is a diagram showing the configuration of a control circuit in a motor drive control device according to an embodiment.
  • 5 is a timing chart illustrating an example of the operation of a motor and a motor drive control device in response to a change in load. 5 is a timing chart showing an example of a change in coil current when a motor is driven by the motor drive control device according to the embodiment.
  • 7 is a flowchart showing the flow of current limit value switching processing according to the embodiment. It is a flowchart which shows the flow of a commutation mode setting process (step S1).
  • a motor drive control device (3) includes a control circuit (1) that generates a drive control signal (Sd) for controlling the drive of a motor (4); a drive circuit (2) that drives the coils (41A, 41B) of the motor based on the drive control signal, and the control circuit controls the back electromotive voltage of the coil based on the rotational speed of the motor. Select a first commutation mode in which the coil is commutated based on the zero cross detection result, or a second commutation mode in which the coil is commutated in accordance with the target energization time, and set as the commutation mode.
  • a current mode setting section (11); a drive control signal generation section (12) that generates the drive control signal based on the commutation mode set by the commutation mode setting section; a current limit value setting unit (14) that sets a current limit value that is a reference for limiting; and a drive unit that causes the excitation of the coil to be stopped when the current flowing through the coil reaches the current limit value.
  • a current limiter (16) that instructs a control signal generator, and the current limit value setting section sets the current limit value to a first value during a period in which the commutation mode is the first commutation mode. (Ith1), and the current limit value is set to a second value (Ith2) smaller than the first value during at least a part of the period in the second commutation mode.
  • the commutation mode setting section sets the commutation mode to the the commutation mode is set to a first commutation mode, and when the rotational speed of the motor reaches the first threshold, the commutation mode is set to the second commutation mode, and the commutation mode is set to the second commutation mode;
  • the commutation mode may be set to the first commutation mode when the rotational speed of the motor decreases to a second threshold (Sth2) smaller than the first threshold.
  • the current limit value setting section is configured to control the current limit value setting section after the commutation mode is switched from the first commutation mode to the second commutation mode.
  • the current limit value may be changed stepwise from the first value to the second value.
  • the current limit value setting section is configured to control the counter electromotive force when the commutation mode is the second commutation mode.
  • the current limit value may be changed stepwise from the second value to the first value when a voltage zero crossing can be detected.
  • a change in the current limit value with respect to time when the current limit value switches from the second value to the first value may be greater than a rate of change in the current limit value with respect to time when the current limit value switches from the first value to the second value.
  • the current limit value setting section periodically determines whether or not a zero cross of the back electromotive voltage is detected; The current limit value may be increased when a zero cross of the electromotive voltage is detected, and the current limit value may be decreased when a zero cross of the back electromotive voltage is not detected.
  • a motor unit (5) includes the motor (4) and the motor drive control device (3) described in any one of [1] to [6] above. It is characterized by comprising the following.
  • a method is a motor drive control method for controlling the drive of a motor by a motor drive control device, wherein the motor drive control device controls the rotational speed of the motor. a first commutation mode in which the coil is commutated based on the detection result of zero crossing of the back electromotive voltage of the coil of the motor; or a second commutation mode in which the coil is commutated in accordance with a target energization time.
  • a fifth step (S4 to S7) of setting the current limit value to a first value; and setting the current limit value to a second value smaller than the first value in at least a part of the period in the second commutation mode.
  • a sixth step (S5 to S9) of setting a value.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a motor unit 5 according to an embodiment.
  • the motor unit 5 includes a motor 4 and a motor drive control device 3 that drives the motor 4.
  • the motor unit 5 is applicable to various devices that use a motor as a power source, such as an actuator that can be used in an HVAC (Heating Ventilation and Air-Conditioning) as an air conditioning unit for vehicle use.
  • HVAC Heating Ventilation and Air-Conditioning
  • the motor 4 is, for example, a stepping motor. In this embodiment, as an example, it is assumed that the motor 4 is a two-phase stepping motor.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing the configuration of the motor 4.
  • the motor 4 as a two-phase stepping motor includes an A-phase coil 41A, a B-phase coil 41B, and a rotor 42.
  • the coils 41A and 41B are wound around a stator yoke (not shown), and together with the stator yoke constitute a stator. Note that in this embodiment, when the coils 41A and 41B are not distinguished from each other, they may be simply referred to as "coil 41.”
  • the rotor 42 includes a permanent magnet that is multipolar magnetized so that south poles 42S and north poles 42N are alternately arranged along the circumferential direction.
  • FIG. 2 shows an example in which the rotor 42 has two poles, the number of poles of the rotor 42 is not particularly limited.
  • the A-phase stator yoke When current flows through the A-phase coil 41A, the A-phase stator yoke is excited, and when current flows through the B-phase coil 41B, the B-phase stator yoke is excited.
  • the rotor 42 rotates by periodically switching the phase of the current flowing through each of the coils 41A and 41B.
  • An output shaft (not shown) is connected to the rotor 42, and when the output shaft is driven by the rotational force of the rotor 42, the function as the actuator described above is realized, for example.
  • the motor drive control device 3 is a device for driving the motor 4.
  • the motor drive control device 3 controls the rotation and stopping of the motor 4 by controlling the energization state of the coils 41A and 41B of each phase of the motor 4 based on the drive command signal Sc from the host device 6, for example. .
  • the motor drive control device 3 includes a control circuit 1 and a drive circuit 2.
  • the drive circuit 2 is a circuit that energizes the coils 41A and 41B of the motor 4 to drive the motor 4.
  • the drive circuit 2 is a circuit that rotates the rotor 42 of the motor 4 by exciting the coils 41A and 41B of the motor 4 based on the drive control signal Sd output from the control circuit 1.
  • the drive circuit 2 includes, for example, an inverter circuit 21A for exciting an A-phase coil 41A, an inverter circuit 21B for exciting a B-phase coil 41B, and a current detection circuit for detecting the current of the A-phase coil 41A. 20A, and a current detection circuit 20B that detects the current of the B-phase coil 41B.
  • the inverter circuits 21A and 21B are configured by, for example, an H-bridge circuit configured from four switching elements (for example, transistors).
  • the inverter circuit 21A will also be referred to as the "H bridge circuit 21A”
  • the inverter circuit 21B will also be referred to as the "H bridge circuit 21B”.
  • H-bridge circuit 21A and the H-bridge circuit 21B are not distinguished, they are simply referred to as "H-bridge circuit 21.”
  • the H-bridge circuit 21A and the H-bridge circuit 21B have the same circuit configuration.
  • the H-bridge circuit 21 includes a plurality of switching elements (for example, transistors) whose on/off is controlled by the drive control signal Sd.
  • the drive circuit 2 may include a predrive circuit for driving the switching elements of each H bridge circuit 21A, 21B based on the drive control signal Sd.
  • the H-bridge circuit 21A is connected to the positive terminal AP of the coil 41A and the negative terminal AN of the coil 41A.
  • the H-bridge circuit 21B is connected to a positive terminal BP of the coil 41B and a negative terminal BN of the coil 41B.
  • the H-bridge circuits 21A and 21B energize the coils 41A and 41B by applying a voltage to each terminal AP, AN, BP, and BN. Specifically, the H-bridge circuit 21 selectively turns on and off each switching element constituting the H-bridge circuit 21 in accordance with the drive control signal Sd supplied from the control circuit 1, thereby energizing the coil 41. At the same time, the current direction of the coil 41 is switched.
  • the H-bridge circuit 21A For example, as shown in FIG. 2, during the "A-phase (+) excitation period" in which current +Ia flows from the terminal AP of the A-phase coil 41A to the terminal AN, the H-bridge circuit 21A, for example, A voltage of "+Va" is applied to the terminal AP.
  • the H-bridge circuit 21A connects the terminal AP to the terminal AN of the coil 41A. A voltage of Va'' is applied.
  • the H-bridge circuit 21B applies "+Vb" to the terminal BP with respect to the terminal BN of the coil 41B, for example. Apply a voltage of During the "B-phase (-) excitation period” in which current -Ib flows from the terminal BN of the B-phase coil 41B to the terminal BP, the H-bridge circuit 21B applies "-Vb" to the terminal BP with respect to the terminal BN of the coil 41B. Apply a voltage of
  • the current detection circuit 20A is connected to the H-bridge circuit 21A, detects the current flowing through the coil 41A, and outputs a current detection signal Sia according to the magnitude of the detected current.
  • the current detection circuit 20B is connected to the H-bridge circuit 21B, detects the current flowing through the coil 41B, and outputs a current detection signal Sib according to the magnitude of the detected current.
  • the current detection circuits 20A and 20B include, for example, a shunt resistor.
  • the shunt resistor is connected in series with the H-bridge circuit 21 between the power supply voltage of the H-bridge circuit 21 and the ground voltage for each H-bridge circuit 21, and the voltage generated across the shunt resistor is used as the current detection signal Sia. , Sib.
  • the current detection circuits 20A and 20B can adopt various known circuit configurations capable of detecting the current flowing through the coils 41A and 41B of the motor 4, and are limited to the circuit configuration including the above-mentioned shunt resistor. isn't it.
  • the control circuit 1 is a circuit that performs overall control of the motor drive control device 3.
  • the control circuit 1 includes, for example, a processor such as a CPU, various storage devices such as RAM and ROM, and peripherals such as a timer (counter), an A/D conversion circuit, a D/A conversion circuit, and an input/output I/F circuit.
  • a program processing device for example, a microcontroller
  • the control circuit 1 is packaged as, for example, an IC (integrated circuit), but the control circuit 1 is not limited to this. Note that the control circuit 1 and the drive circuit 2 may be packaged into one.
  • the control circuit 1 has a function of controlling the drive of the motor 4 by, for example, generating a drive control signal Sd and providing it to the drive circuit 2.
  • FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the control circuit 1 in the motor drive control device 3 according to the embodiment.
  • the control circuit 1 includes a commutation mode setting section 11, a drive control signal generation section 12, a storage section 13, a current limit value setting section 14, a current limit value setting section 14, and a current limit value setting section 14. It has a value acquisition section 15, a current limit section 16, a zero cross detection section 17, and a rotation speed calculation section 18.
  • These functional units include, for example, a program processing device (microcontroller) as the control circuit 1 described above, in which a processor executes calculations using various parameters stored in a storage device according to a program stored in the storage device. This is realized by controlling peripheral circuits such as A/D conversion circuits and timers. Note that some or all of these functional units may be realized by dedicated circuits (hardware).
  • the storage unit 13 is a functional unit for storing various data necessary for motor drive control by the control circuit 1.
  • the storage unit 13 stores a current including an upper limit value (an example of a first value) Ith1, a lower limit value (an example of a second value) Ith2, a unit increase amount ⁇ Ia, and a unit decrease amount ⁇ Id of the current limit value, which will be described later.
  • Limit value information 130 is stored.
  • the commutation mode setting unit 11 is a functional unit for setting a commutation mode that specifies the commutation method of the motor 4.
  • the motor drive control device 3 has at least two commutation modes.
  • One is a first commutation mode in which the coils 41A and 41B are commutated based on the detection result of the zero cross of the back electromotive force of the coils 41A and 41B, and the other is a first commutation mode in which the coils 41 are commutated according to the target energization time.
  • This is a second commutation mode in which commutation is performed.
  • the target energization time is a target value of the length of a period in which one energization pattern (excitation state of the coil 41) is continued.
  • the commutation mode setting unit 11 acquires a drive command signal Sc for the motor 4 input from the outside of the motor drive control device 3 (for example, the host device 6).
  • the drive command signal Sc includes, for example, information specifying the rotational position of the motor 4, information instructing the rotation of the motor 4 to stop, and the like.
  • the drive command signal Sc is, for example, a PWM signal.
  • the commutation mode setting unit 11 acquires information on the target rotational position of the motor 4 (target rotational position) by analyzing the drive command signal Sc, and sets the commutation mode to the first commutation mode or the first commutation mode. After setting the two-commutation mode, the drive control signal generation section 12 is instructed to drive the motor 4. Note that the details of the method of setting the commutation mode by the commutation mode setting section 11 will be described later.
  • the zero cross detection section 17 is a functional section for monitoring the voltages of the coils 41A and 41B and detecting the zero cross of the back electromotive voltage generated in the coils 41A and 41B.
  • the zero cross of the back electromotive voltage refers to a state in which the back electromotive voltage generated at both ends of the unexcited coil 41 switches from positive to negative or from negative to positive.
  • the zero cross detection unit 17 monitors the voltage between the terminals AP and the terminal AN as the voltage of the coil 41A, and the voltage between the terminals BP and BN as the voltage of the coil 41B, and detects the back electromotive force of the coils 41A and 41B. When a zero-crossing of the voltage is detected, a zero-crossing detection signal Sz indicating that the zero-crossing has been detected is output.
  • the rotational speed calculation unit 18 is a functional unit that calculates the rotational speed of the motor 4.
  • the rotational speed calculation unit 18 calculates the rotational speed of the motor 4 based on the zero-crossing detection signal Sz output from the zero-crossing detection unit 17 when the zero-crossing of the back electromotive force of the coil 41 is detected periodically. do.
  • the rotational speed calculation unit 18 calculates the rotational speed of the motor 4 in the first commutation mode based on the period in which the zero-cross detection signal Sz is output.
  • the rotation speed calculation unit 18 calculates the rotation speed of the motor 4 based on the target energization time set in advance in the second commutation mode. Calculate speed.
  • the rotational speed calculation unit 18 generates an output signal So including information on the calculated rotational speed.
  • the output signal So is, for example, output to the outside of the motor drive control device 3 (for example, the host device 6), and is also input to the commutation mode setting section 11.
  • the drive control signal generation section 12 generates the drive control signal Sd based on the commutation mode set by the commutation mode setting section 11.
  • the drive control signal Sd is a signal for controlling on/off of each switching element of the H bridge circuits 21A and 21B, and is, for example, a PWM signal.
  • the drive control signal generation unit 12 excites the A-phase coil 41A and the B-phase coil 41B at a predetermined timing based on a predetermined excitation method in order to move the rotor 42 to a target rotational position or a target standby position. , generates and outputs a drive control signal Sd.
  • the predetermined excitation method may be any excitation method that can detect the back electromotive force of the coil 41, and is, for example, a known one-phase excitation method or a 1-2 phase excitation method.
  • the drive control signal generation unit 12 When generating the drive control signal Sd by the one-phase excitation method, the drive control signal generation unit 12 generates, for example, "A phase (+) excitation period”, “B phase (+) excitation period”, “A phase (-) The drive control signal Sd is generated and output so that the energization states of the A and B phase coils 41A and 41B are switched in the order of "excitation period” and "B phase (-) excitation period”.
  • the switching of each excitation period is performed according to the commutation mode set by the commutation mode setting section 11. Specifically, when the first commutation mode is specified as the commutation mode, the drive control signal generation section 12 controls the coil 41A every time the zero cross detection section 17 detects a zero cross of the back electromotive voltage. , 41B.
  • the drive control The signal generation unit 12 switches from the "A phase (+) excitation period” to the "B phase (+) excitation period".
  • the drive control signal generation unit 12 commutates the coils 41A and 41B based on the target energization time.
  • the drive control signal generation unit 12 has a timer (counter) and starts measuring time with the timer when starting the "A phase (+) excitation period", and when the measured time reaches the target energization time At this time, the "A phase (+) excitation period” is switched to the "B phase (+) excitation period”.
  • the information on the target energization time may be stored in advance in the drive control signal generation section 12 or the storage section 13, or may be calculated by the drive control signal generation section 12.
  • information on the target rotational speed of the motor 4 and information on the energization angle indicating the magnitude of the electrical angle at which the coil of one phase is continuously energized in one direction according to the excitation method are stored in the storage unit 13 in advance.
  • the drive control signal generation unit 12 may calculate the target energization time based on the information on the target rotational speed and the information on the energization angle that are stored and read out from the storage unit 13.
  • the drive control signal generation unit 12 detects the zero cross of the back electromotive force (zero cross detection signal) as in the first commutation mode.
  • the coils 41A and 41B may be commutated depending on the input voltage Sz. That is, if the zero cross of the back electromotive voltage is not detected in the second commutation mode, the drive control signal generation unit 12 commutates the coils 41A and 41B based on the target energization time, and performs the second commutation.
  • the commutation of the coils 41A and 41B is performed according to the detection of the zero cross of the back electromotive force, regardless of the target energization time. You may do so.
  • the current value acquisition unit 15 is a functional unit that acquires the value of the current flowing through the coils 41A and 41B of each phase of the motor 4.
  • Current detection signals Sia and Sib output from the current detection circuits 20A and 20B of the drive circuit 2 are input to the current value acquisition section 15.
  • the current value acquisition unit 15 includes, for example, an A/D conversion circuit, and the A/D conversion circuit converts the voltage as the current detection signal Sia into a digital value, and outputs the digital value as the current value of the A-phase coil 41A.
  • the current value acquisition unit 15 converts the voltage as the current detection signal Sib into a digital value using, for example, an A/D conversion circuit, and outputs the digital value as a current value of the B-phase coil 41B.
  • the current limit value setting section 14 is a functional section for setting a current limit value.
  • the current limit value is a reference value for limiting the current flowing through the coil 41 of the motor 4, in other words, it is a value that determines the upper limit of the current flowing through the coil 41.
  • the current limit value setting unit 14 uses the commutation mode information set by the commutation mode setting unit 11, the zero cross detection signal Sz output from the zero cross detection unit 17, and the current limit value information stored in the storage unit 13.
  • the current limit value is set based on 130 and . Note that the details of the method of setting the current limit value will be described later.
  • the current limiter 16 is a functional unit that monitors the current flowing through the coil 41 of the motor 4 and controls the current so that it does not exceed the current limit value. Current monitoring by the current limiter 16 is performed for each phase of the motor 4. For example, during the "A-phase (+) excitation period” and “A-phase (-) excitation period” during which the A-phase coil 41A is excited, the current of the A-phase coil 41A (current detection signal Sia) is monitored, During the "B-phase (+) excitation period” and "B-phase (-) excitation period” during which the B-phase coil 41B is excited, the current (current detection signal Sib) of the B-phase coil 41B is monitored.
  • the current limiter 16 instructs the drive control signal generator 12 to stop excitation of the coil 41 when the current flowing through the coil 41 reaches the current limit value.
  • the current limiter 16 is set by the current value (absolute value) of the coil 41A output from the current value acquisition unit 15 and the current limit value setting unit 14 during the period when the A-phase coil 41A is excited. Compare with the current limit value (absolute value).
  • the current limiter 16 stops the excitation of the coil 41A when the current value of the coil 41A exceeds the current limit value, that is, turns off each switching element of the H bridge circuit 21A using the drive control signal Sd.
  • An instructing signal is output for a predetermined period.
  • the current limiter 16 limits the current of the B-phase coil 41B using the same method even during the period when the B-phase coil 41B is excited.
  • the drive control signal generation unit 12 generates the drive control signal Sd to stop the excitation of the coil 41 while the current limiter 16 outputs a signal instructing to stop the excitation of the coil 41.
  • the drive control signal generator 12 outputs a signal that instructs the A-phase H
  • a drive control signal Sd is generated to turn off each switching element in the bridge circuit 21A.
  • the power supply to the A-phase coil 41A is stopped, so the current in the A-phase coil 41A decreases and is limited so as not to exceed the current limit value.
  • the current of the B-phase coil 41B is also limited by the same method.
  • the commutation mode setting unit 11 selects the first commutation mode or the second commutation mode based on the rotational speed of the motor 4, and sets the mode as the commutation mode. For example, when the load on the motor 4 is heavy and the rotational speed of the motor 4 is relatively slow, the zero cross of the back electromotive force of the coil 41 is likely to be detected. Therefore, when the rotational speed of the motor 4 has not reached the first threshold Sth1, the commutation mode setting unit 11 sets the commutation mode to the first commutation mode.
  • commutation of the coil 41 is performed in response to the detection of the zero cross of the back electromotive voltage, so that the motor can be rotated at an appropriate rotation speed and torque that follows the size of the load. 4 can be rotated.
  • the commutation mode setting unit 11 sets the commutation mode to the second commutation mode when the rotational speed of the motor 4 reaches the first threshold value Sth1.
  • the coil 41 is commutated according to the target energization time, so it is possible to reliably rotate the motor 4 while avoiding step-out of the motor 4. It becomes possible. At this time, since the motor 4 rotates at a rotational speed corresponding to the target energization time, an increase in the rotational speed is suppressed.
  • the coil 41 is rotated in response to the detection of the zero cross of the back electromotive force, as in the first commutation mode. You can also follow the flow. In this case, the motor 4 will rotate at a rotational speed depending on the magnitude of the load.
  • the commutation mode setting unit 11 sets the commutation mode to the first commutation mode.
  • the second threshold value Sth2 is a value different from the first threshold value Sth1, for example, second threshold value Sth2 ⁇ first threshold value Sth1.
  • the second commutation mode automatically returns to the first commutation mode, and the rotation speed is adjusted appropriately according to the load.
  • the speed and torque make it possible to drive the motor 4.
  • the commutation mode can be frequently switched due to fluctuations in the rotational speed (load) of the motor 4. can be prevented.
  • the motor drive control device 3 has a function of varying the current limit value.
  • the current limit value setting unit 14 sets the current limit value to the first value, which is the upper limit value Ith1, during the period in which the commutation mode is the first commutation mode, and sets the current limit value to the upper limit value Ith1, which is the first value, during the period when the commutation mode is the first commutation mode, and sets the current limit value to the upper limit value Ith1, which is the first value, during the period when the commutation mode is the first commutation mode, and sets the current limit value to the upper limit value Ith1, which is the first value, during the period when the commutation mode is the first commutation mode, and sets the current limit value to the upper limit value Ith1, which is the first value, in the period when the commutation mode is the first commutation mode, and sets the current limit value to the upper limit value Ith1, which is the first value.
  • the current limit value is set to a lower limit value Ith2 ( ⁇ upper limit value Ith1), which
  • the current limit value setting unit 14 periodically determines whether a zero cross of the back electromotive voltage is detected, increases the current limit value when a zero cross of the back electromotive voltage is detected, and detects a zero cross of the back electromotive voltage. If not, lower the current limit value.
  • the current limit value switching process will be described in detail below.
  • FIG. 4 is a timing chart showing an example of the operation of the motor 4 and motor drive control device 3 as the load changes.
  • the horizontal axis represents time t. Further, in FIG. 4, the magnitude of the load, the rotational speed of the motor 4, the current limit value, the commutation mode, and the detection state of the zero cross of the back electromotive force are shown from the top to the bottom of the page.
  • the commutation mode setting unit 11 sets the commutation mode to the first commutation mode.
  • the current limit value setting unit 14 sets the current limit value to an upper limit value Ith1 as a first value. Thereby, the motor 4 is controlled so that the coil current does not exceed the upper limit value Ith1 while rotating at a rotational speed according to the load.
  • the information on the upper limit value Ith1 is stored in the storage unit 13 as, for example, current limit value information 130, and the current limit value setting unit 14 reads the information from the storage unit 13 and uses it.
  • the motor 4 After time t0, the motor 4 is similarly driven and controlled in the first commutation mode, so the rotational speed of the motor 4 increases as the load decreases. Then, at time t1, when the rotation speed of the motor 4 reaches the first threshold value Sth1, the commutation mode setting unit 11 switches the commutation mode from the first commutation mode to the second commutation mode. Thereby, the drive control signal generation unit 12 performs commutation of the coil 41 based on the preset target energization time, so the motor 4 rotates at a rotational speed corresponding to the target energization time.
  • the current limit value setting unit 14 sets the current limit value to a first value when it is determined that the zero cross of the back electromotive force can no longer be detected after the commutation mode is switched from the first commutation mode to the second commutation mode. The process of switching from the upper limit value Ith1 as the second value to the lower limit value Ith2 as the second value is started.
  • the current limit value setting unit 14 changes (reduces) the current limit value in steps from the upper limit value Ith1 to the lower limit value Ith2.
  • the current limit value setting unit 14 changes the current limit value in steps in synchronization with the determination of whether or not a zero cross of the back electromotive force is detected. Specifically, the current limit value setting unit 14 periodically determines whether or not a zero cross of the back electromotive voltage is detected, and decreases the current limit value by a unit amount according to the determination result.
  • the current limit value setting unit 14 determines whether or not the zero-cross detection signal Sz is output during a certain period (whether or not a zero-cross is detected), and determines whether the zero-cross detection signal Sz is not output during the certain period. Then, the current limit value is decreased by the unit decrease amount ⁇ Id. Note that the information on the lower limit value Ith1 and the information on the unit decrease amount ⁇ Id are stored in the storage unit 13 as, for example, current limit value information 130, and the current limit value setting unit 14 reads out these information from the storage unit 13. and use it.
  • the current limit value setting unit 14 decreases the current limit value by a unit decrease amount ⁇ Id every fixed period. It is assumed that the current limit value reaches the lower limit value Ith2 at time t3. At this time, the current limit value setting unit 14 stops the process of lowering the current limit value. Thereby, after time t3, the motor 4 is controlled so that the coil current does not exceed the lower limit value Ith2 while rotating at a rotational speed according to the target energization time.
  • the current limit value setting unit 14 changes the current limit value from the lower limit value Ith2 as the second value to the first value when the zero cross of the back electromotive force is detected. The process of switching to the upper limit value Ith1 is started.
  • the current limit value setting unit 14 changes (increases) the current limit value in steps from the lower limit value Ith2 to the upper limit value Ith1. Specifically, the current limit value setting unit 14 periodically determines whether or not a zero cross of the back electromotive voltage is detected, and increases the current limit value by a unit amount according to the determination result.
  • the current limit value setting unit 14 determines whether or not the zero cross detection signal Sz is output during a certain period (whether or not a zero cross is detected), and sets the current limit value every time the zero cross detection signal Sz is output. is increased by a unit increase amount ⁇ Ia.
  • the information on the unit increase amount ⁇ Ia is stored in the storage unit 13 as, for example, current limit value information 130, and the current limit value setting unit 14 reads the information from the storage unit 13 and uses it.
  • the current limit value setting unit 14 increases the current limit value by a unit increase amount ⁇ Ia every time a zero cross of the back electromotive force is detected after time t4, and when the current limit value reaches the upper limit value Ith1 at time t5, The current limit value setting unit 14 stops the process of increasing the current limit value.
  • the drive control signal generation unit 12 may commutate the coil 41 in response to the detection of the zero cross of the back electromotive voltage, regardless of the set commutation mode (second commutation mode).
  • the rotational speed of the motor 4 decreases as the load increases.
  • the rotational speed of the motor 4 decreases to the second threshold value Sth2.
  • the commutation mode setting unit 11 switches the commutation mode from the second commutation mode to the first commutation mode.
  • the motor 4 is controlled again so that the coil current does not exceed the upper limit value Ith1 while rotating at a rotational speed according to the load.
  • the current limit value setting unit 14 maintains the current limit value at the upper limit value Ith1 as the first value.
  • the rate of change (absolute value) of the current limit value with respect to time when the current limit value switches from the upper limit value Ith1 to the lower limit value Ith2 may be different from each other.
  • the unit increase amount ⁇ Ia and the unit decrease amount ⁇ Id may be different values.
  • the rate of change (absolute value) of the current limit value with respect to time when the current limit value switches from the lower limit value Ith2 to the upper limit value Ith1 is as follows: It is larger than the ratio (absolute value) of the change in current limit value with respect to time when switching to Ith2.
  • unit increase amount ⁇ Ia>unit decrease amount ⁇ Id For example, unit increase amount ⁇ Ia>unit decrease amount ⁇ Id.
  • the current limit value changes from the upper limit value Ith1 to the lower limit value Ith1. It is preferable that it be shorter than the time required to reach Ith2 (the period from time t2 to time t3). This is because when the current limit value is switched from the lower limit value Ith2 to the upper limit value Ith1, it is when the load increases. By shortening the current limit value and quickly increasing the current limit value, it is possible to avoid insufficient rotational torque due to an increase in load.
  • FIG. 5 is a timing chart showing an example of a change in coil current when the motor 4 is driven by the motor drive control device 3 according to the embodiment.
  • FIG. 5 shows the current in the A-phase coil 41A and the current in the B-phase coil 41B when the current limit value is lowered from the upper limit value Ith1 to the lower limit value Ith2 when the motor 4 is driven by the one-phase excitation method.
  • the temporal change of is shown. For example, times t0 to t3 in FIG. 5 correspond to times t0 to t3 in the timing chart of FIG. 4.
  • the current in the A-phase coil 41A (A-phase current) and the current in the B-phase coil 41B (B-phase current) are shown by the same solid line, and the current flows near the solid line.
  • An explanation for specifying the phase coil 41 is attached.
  • the drive control signal generation unit 12 responds to the detection of the zero cross of the back electromotive voltage. Then, the coil 41 to be excited is switched. During the excitation period of each phase, if the current in the coil 41 is smaller than the absolute value
  • the drive control signal generator 12 stops excitation of the coil 41 in response to an instruction from the current limiter 16, and after a certain period of time has elapsed, Restarting the excitation of the coil 41 is repeated.
  • the load on the motor 4 gradually becomes lighter, and at time t1, when the rotational speed of the motor 4 reaches the first threshold value Sth1, the commutation mode is switched from the first commutation mode to the second commutation mode. After the commutation mode is switched to the second commutation mode, when the zero cross of the back electromotive force of the coil 41 is no longer detected at time t2, the process of switching the current limit value from the upper limit value Ith1 to the lower limit value Ith2 is started. .
  • the current limit value gradually decreases from the upper limit value Ith1 after time t2, and reaches the lower limit value Ith2 at time t3.
  • the current limit value changes stepwise as described above, so the current in the coil 41 also changes stepwise, as shown in FIG.
  • the current limit value changes from the lower limit value Ith2 to the upper limit value Ith1, so that the current in the coil 41 also increases. It will change gradually.
  • FIG. 6 is a flowchart showing the flow of current limit value switching processing according to the embodiment.
  • step S1 the control circuit 1 sets the commutation mode (step S1).
  • the commutation mode setting process in step S1 is executed, for example, according to the flow shown in FIG.
  • FIG. 7 is a flowchart showing the flow of the commutation mode setting process (step S1).
  • the commutation mode setting unit 11 determines whether the current commutation mode is the first commutation mode and the rotational speed of the motor 4 has reached the first threshold value Sth1. (Step S11).
  • the commutation mode setting unit 11 sets the commutation mode to the first commutation mode.
  • the second commutation mode is set (step S14).
  • step S11 if the commutation mode is not the first commutation mode and/or if the rotational speed of the motor 4 has not reached the first threshold Sth1 (step S11: NO), the commutation mode is set.
  • the unit 11 determines whether the current commutation mode is the second commutation mode and the rotational speed of the motor 4 has decreased below the second threshold value Sth2 (step S12).
  • step S12 If the commutation mode is the second commutation mode and the rotational speed of the motor 4 is less than or equal to the second threshold value Sth2 (step S12: YES), the commutation mode setting unit 11 changes the commutation mode to the first commutation mode.
  • the flow mode is set (step S14).
  • step S12 if the commutation mode is not the second commutation mode and/or if the rotational speed of the motor 4 has not decreased below the second threshold value Sth2 (step S12: NO), the commutation The mode setting unit 11 does not change the commutation mode.
  • step S2 the control circuit 1 determines whether the commutation mode is the second commutation mode (step S2).
  • the control circuit 1 increases the current limit value (step S4). Specifically, the current limit value setting unit 14 calculates a value obtained by adding the unit increase amount ⁇ Ia to the current limit value at that time.
  • the current limit value setting unit 14 determines whether the value calculated in step S4 is larger than the upper limit value Ith1 (step S6). If the value calculated in step S4 is not larger than the upper limit value Ith1 (step S6: NO), the current limit value setting unit 14 sets the value calculated in step S4 as the current limit value, and the control circuit 1 The process of S9 is repeated.
  • step S6 if the value calculated in step S4 is larger than the upper limit value Ith1 (step S6: YES), the current limit value setting unit 14 sets the upper limit value Ith1 as the current limit value (step S7). After that, the control circuit 1 repeatedly performs the processing of steps S1 to S9.
  • step S2 if the commutation mode is the second commutation mode (step S2: YES), the control circuit 1 determines whether a zero cross of the back electromotive voltage is detected (step S3). If the zero cross of the back electromotive force is detected (step S3: YES), the control circuit 1 performs the processes of steps S4 to S7 described above.
  • step S5 the control circuit 1 lowers the current limit value (step S5). Specifically, the current limit value setting unit 14 calculates a value obtained by subtracting the unit decrease amount ⁇ Id from the current limit value at that time.
  • the current limit value setting unit 14 determines whether the value calculated in step S5 is smaller than the lower limit value Ith2 (step S8). If the value calculated in step S5 is not smaller than the lower limit value Ith2 (is greater than or equal to the lower limit value Ith2) (step S8: NO), the current limit value setting unit 14 sets the value calculated in step S5 as the current limit value. , the control circuit 1 repeatedly performs the processing of steps S1 to S9.
  • step S8 if the value calculated in step S5 is smaller than the lower limit value Ith2 (step S8: YES), the current limit value setting unit 14 sets the lower limit value Ith2 as the current limit value (step S9). After that, the control circuit 1 repeatedly performs the processing of steps S1 to S9.
  • the control circuit 1 sets the current limit value to the first value (upper limit value Ith1) during the period when the commutation mode is the first commutation mode, and sets the current limit value to the first value (upper limit value Ith1). During at least part of the period in the two-commutation mode, the current limit value is set to a second value (lower limit Ith2) that is smaller than the first value.
  • the current of the coil 41 becomes unnecessarily large. , it becomes possible to suppress an increase in power consumption of the motor 4.
  • control circuit 1 sets the current limit value to the first value (upper limit Ith1) to the second value (lower limit Ith2) (lower limit).
  • the control circuit 1 changes the current limit value from the second value (lower limit value Ith2) to the first value ( It is changed (increased) in steps up to the upper limit value Ith1).
  • the coil current can be increased before the rotational speed of the motor 4 decreases due to an increase in load and the commutation mode completely shifts from the second commutation mode to the first commutation mode. , it is possible to prevent the motor 4 from stepping out due to insufficient coil current in the first commutation mode. Furthermore, by increasing the current limit value in stages, it is possible to prevent the current in the coil 41 from increasing sharply and causing the operation of the motor 4 to become unstable.
  • the rate of change in the current limit value with respect to time when the current limit value switches from the second value (lower limit value Ith2) to the first value (upper limit value Ith1) is as follows: It is preferable that the current limit value is larger than the rate of change in the current limit value with respect to time when switching from (upper limit value Ith1) to the second value (lower limit value Ith2).
  • control circuit 1 periodically determines whether or not a zero cross of the back electromotive voltage is detected, increases the current limit value when a zero cross of the back electromotive voltage is detected, and increases the current limit value when a zero cross of the back electromotive voltage is not detected. In some cases, the current limit value may be lowered. According to this, the current limit value is adjusted according to variations in the load on the motor 4, so that more stable driving of the motor 4 can be realized.
  • the number of phases of the stepping motor as the motor 4 in the above embodiment is not limited to two phases.
  • the motor 4 in the above embodiment is not limited to a stepping motor.
  • the motor may be a brushless DC motor.
  • the current limit value is changed stepwise in synchronization with the determination of whether or not a zero cross of the back electromotive force is detected is illustrated, but the present invention is not limited to this, and for example, the current limit value is changed in units of It may also be changed stepwise over time. For example, if the zero crossing of the back electromotive voltage cannot be detected in the second commutation mode, the current limit value is decreased stepwise from the upper limit value Ith1 to the lower limit value Ith2 every unit time, and the current limit value is reduced stepwise in the second commutation mode. When the zero cross of the electromotive voltage can be detected, the current limit value may be increased stepwise from the lower limit value Ith2 to the upper limit value Ith1 every unit time.
  • the above-mentioned flowchart shows an example for explaining the operation, and is not limited thereto. That is, the steps shown in each figure of the flowchart are specific examples, and the flowchart is not limited to this flow. For example, the order of some processes may be changed, other processes may be inserted between each process, or some processes may be performed in parallel.

Abstract

モータの消費電力の増加を抑制する。 制御回路(1)は、モータ(4)のコイル(41)の逆起電圧のゼロクロスの検出結果に基づいてコイル(41)の転流を行う第1転流モード、または目標通電時間にしたがってコイル(41)の転流を行う第2転流モードを選択し、転流モードとして設定する転流モード設定部(11)と、設定された転流モードに基づいて駆動制御信号(Sd)を生成する駆動制御信号生成部(12)と、電流制限値を設定する電流制限値設定部(14)と、コイル(41)に流れる電流が電流制限値に到達した場合に、コイル(41)の励磁を停止することを駆動制御信号生成部(12)に指示する電流制限部(16)と、を有する。電流制限値設定部(14)は、転流モードが第1転流モードである期間において電流制限値を上限値(Ith1)に設定し、第2転流モードにおける少なくとも一部の期間において、電流制限値を上限値(Ith1)より小さい下限値(Ith2)に設定する。

Description

モータ駆動制御装置、モータユニット、およびモータ駆動制御方法
 本発明は、モータ駆動制御装置、モータユニット、およびモータ駆動制御方法に関し、例えば、ステッピングモータを駆動するためのモータ駆動制御装置に関する。
 従来、モータのコイルに流れる電流(以下、「コイル電流」とも称する。)が予め設定された値(以下、「電流制限値」とも称する。)を超えないように制限する電流制限機能を備えたモータ駆動制御装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
 また、モータのコイルの逆起電圧のゼロクロスを検出して、コイルの転流を行うモータ駆動制御装置が知られている(例えば、特許文献2参照)。
特開2018―207607号公報 特開2018―38213号公報
 本願発明者は、本願に先立って、新たなモータ駆動制御技術を検討した。具体的には、モータのコイル電流が電流制限値を超えないようにモータを制御しつつ、モータの回転速度が閾値より低い場合に、コイルの逆起電圧のゼロクロスに基づいてコイルの転流を行い、モータの回転速度が閾値以上の場合に、予め設定した転流時間にしたがってコイルの転流を行うモータ駆動制御技術を本願発明者は検討した。しかしながら、上記モータ駆動制御技術には、以下に示す課題があることが本願発明者によって明らかとなった。
 すなわち、上記モータ駆動制御技術によれば、モータの負荷が軽くなるにつれて、モータの回転速度が上昇し、モータの回転速度が閾値に到達したとき、回転速度が閾値以下になるようにモータが制御される。一方、コイル電流は、モータの回転速度によらず、電流制限値まで上昇し得る。そのため、モータの負荷が軽くなった状態において、必要以上のコイル電流が流れ、モータの消費電力が高くなる場合がある。
 本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、モータの消費電力の増加を抑制することを目的とする。
 本発明の代表的な実施の形態に係るモータ駆動制御装置は、モータの駆動を制御するための駆動制御信号を生成する制御回路と、前記駆動制御信号に基づいて、前記モータのコイルを駆動する駆動回路と、を備え、前記制御回路は、前記モータの回転速度に基づいて、前記コイルの逆起電圧のゼロクロスの検出結果に基づいて前記コイルの転流を行う第1転流モード、または目標通電時間にしたがって前記コイルの転流を行う第2転流モードを選択し、転流モードとして設定する転流モード設定部と、前記転流モード設定部によって設定された前記転流モードに基づいて、前記駆動制御信号を生成する駆動制御信号生成部と、前記コイルに流れる電流を制限するための基準となる電流制限値を設定する電流制限値設定部と、前記コイルに流れる電流が前記電流制限値に到達した場合に、前記コイルの励磁を停止することを前記駆動制御信号生成部に指示する電流制限部と、を有し、前記電流制限値設定部は、前記転流モードが前記第1転流モードである期間において前記電流制限値を第1値に設定し、前記第2転流モードにおける少なくとも一部の期間において、前記電流制限値を前記第1値よりも小さい第2値に設定することを特徴とする。
 本発明に係るモータ駆動制御装置によれば、モータの消費電力の増加を抑制することが可能となる。
実施の形態に係るモータユニットの構成を示すブロック図である。 モータの構成を模式的に示す図である。 実施の形態に係るモータ駆動制御装置における制御回路の構成を示す図である。 負荷の変化に伴うモータおよびモータ駆動制御装置の動作の一例を示すタイミングチャートである。 実施の形態に係るモータ駆動制御装置によってモータを駆動したときのコイル電流の変化の一例を示すタイミングチャートである。 実施の形態に係る電流制限値の切り替え処理の流れを示すフローチャートである。 転流モードの設定処理(ステップS1)の流れを示すフローチャートである。
1.実施の形態の概要
 先ず、本願において開示される発明の代表的な実施の形態について概要を説明する。なお、以下の説明では、一例として、発明の構成要素に対応する図面上の参照符号を、括弧を付して記載している。
 〔1〕本発明の代表的な実施の形態に係るモータ駆動制御装置(3)は、モータ(4)の駆動を制御するための駆動制御信号(Sd)を生成する制御回路(1)と、前記駆動制御信号に基づいて、前記モータのコイル(41A,41B)を駆動する駆動回路(2)と、を備え、前記制御回路は、前記モータの回転速度に基づいて、前記コイルの逆起電圧のゼロクロスの検出結果に基づいて前記コイルの転流を行う第1転流モード、または目標通電時間にしたがって前記コイルの転流を行う第2転流モードを選択し、転流モードとして設定する転流モード設定部(11)と、前記転流モード設定部によって設定された前記転流モードに基づいて、前記駆動制御信号を生成する駆動制御信号生成部(12)と、前記コイルに流れる電流を制限するための基準となる電流制限値を設定する電流制限値設定部(14)と、前記コイルに流れる電流が前記電流制限値に到達した場合に、前記コイルの励磁を停止することを前記駆動制御信号生成部に指示する電流制限部(16)と、を有し、前記電流制限値設定部は、前記転流モードが前記第1転流モードである期間において前記電流制限値を第1値(Ith1)に設定し、前記第2転流モードにおける少なくとも一部の期間において、前記電流制限値を前記第1値よりも小さい第2値(Ith2)に設定することを特徴とする。
 〔2〕上記〔1〕に記載のモータ駆動制御装置において、前記転流モード設定部は、前記モータの回転速度が第1閾値(Sth1)に到達していない場合に、前記転流モードを前記第1転流モードに設定し、前記モータの回転速度が前記第1閾値に到達した場合に前記転流モードを前記第2転流モードに設定し、前記転流モードが前記第2転流モードであるときに前記モータの回転速度が前記第1閾値よりも小さい第2閾値(Sth2)まで低下した場合に、前記転流モードを前記第1転流モードに設定してもよい。
 〔3〕上記〔1〕または〔2〕に記載のモータ駆動制御装置において、前記電流制限値設定部は、前記転流モードが前記第1転流モードから前記第2転流モードに切り替わった後に、前記逆起電圧のゼロクロスが検出できなくなった場合に、前記電流制限値を前記第1値から前記第2値まで段階的に変化させてもよい。
 〔4〕上記〔1〕乃至〔3〕の何れかに記載のモータ駆動制御装置において、前記電流制限値設定部は、前記転流モードが前記第2転流モードであるときに、前記逆起電圧のゼロクロスが検出できた場合に、前記電流制限値を前記第2値から前記第1値まで段階的に変化させてもよい。
 〔5〕上記〔1〕乃至〔4〕の何れかに記載のモータ駆動制御装置において、前記電流制限値が前記第2値から前記第1値に切り替わるときの時間に対する前記電流制限値の変化の割合は、前記電流制限値が前記第1値から前記第2値に切り替わるときの時間に対する前記電流制限値の変化の割合よりも大きくてもよい。
 〔6〕上記〔1〕乃至〔5〕の何れかに記載のモータ駆動制御装置において、前記電流制限値設定部は、前記逆起電圧のゼロクロスの検出の有無を周期的に判定し、前記逆起電圧のゼロクロスを検出した場合に前記電流制限値を増加させ、前記逆起電圧のゼロクロスを検出しなかった場合に前記電流制限値を低下させてもよい。
 〔7〕本発明の代表的な実施の形態に係るモータユニット(5)は、前記モータ(4)と、上記〔1〕乃至〔6〕の何れかに記載されたモータ駆動制御装置(3)と、を備えることを特徴とする。
 〔8〕本発明の代表的な実施の形態に係る方法は、モータ駆動制御装置によってモータの駆動を制御するためのモータ駆動制御方法であって、前記モータ駆動制御装置が、前記モータの回転速度に基づいて、前記モータのコイルの逆起電圧のゼロクロスの検出結果に基づいて前記コイルの転流を行う第1転流モード、または目標通電時間にしたがって前記コイルの転流を行う第2転流モードを、転流モードとして設定する第1ステップ(S1)と、前記モータ駆動制御装置が、モータの駆動を制御するための駆動制御信号を生成する第2ステップと、前記モータ駆動制御装置が、前記コイルに流れる電流を制限するための基準となる電流制限値を設定する第3ステップ(S2~S9)と、前記モータ駆動制御装置が、前記コイルに流れる電流が前記電流制限値に到達した場合に、前記コイルの励磁を停止するための前記駆動制御信号を生成する第4ステップと、前記第3ステップは、前記モータ駆動制御装置が、前記転流モードが前記第1転流モードである期間において前記電流制限値を第1値に設定する第5ステップ(S4~S7)と、前記第2転流モードにおける少なくとも一部の期間において、前記電流制限値を前記第1値よりも小さい第2値に設定する第6ステップ(S5~S9)と、を含むことを特徴とする。
2.実施の形態の具体例
 以下、本発明の実施の形態の具体例について図を参照して説明する。なお、以下の説明において、各実施の形態において共通する構成要素には同一の参照符号を付し、繰り返しの説明を省略する。
 ≪実施の形態≫
 図1は、実施の形態に係るモータユニット5の構成を示すブロック図である。
 図1に示すように、モータユニット5は、モータ4と、モータ4を駆動するモータ駆動制御装置3と、を備えている。モータユニット5は、例えば、車載用途の空調ユニットとしてのHVAC(Heating Ventilation and Air-Conditioning)で使用可能なアクチュエータ等のモータを動力源として用いる各種装置に適用可能である。
 モータ4は、例えば、ステッピングモータである。本実施の形態では、一例として、モータ4が2相ステッピングモータであるとする。
 図2は、モータ4の構成を模式的に示す図である。
 図2に示すように、2相ステッピングモータとしてのモータ4は、A相のコイル41Aと、B相のコイル41Bと、ロータ42と、を有している。コイル41A,41Bは、図示されないステータヨークに巻回され、当該ステータヨークとともにステータを構成している。なお、本実施の形態において、コイル41A,41Bをそれぞれ区別しない場合には、単に、「コイル41」と表記する場合がある。
 図2に示すように、ロータ42は、円周方向に沿って、S極42SとN極42Nとが交互に配置されるように多極着磁された永久磁石を備えている。なお、図2では、ロータ42が2極である場合が一例として示されているが、ロータ42の極数は特に限定されない。
 A相のコイル41Aに電流が流れることにより、A相のステータヨークが励磁され、B相のコイル41Bに電流が流れることにより、B相のステータヨークが励磁される。コイル41A,41Bのそれぞれに流れる電流の位相が周期的に切り替えられることにより、ロータ42が回転する。ロータ42には、出力軸(図示せず)が接続されており、ロータ42の回転力によって出力軸が駆動されることにより、例えば、上述したアクチュエータとしての機能が実現される。
 モータ駆動制御装置3は、モータ4を駆動するための装置である。モータ駆動制御装置3は、例えば、上位装置6からの駆動指令信号Scに基づいて、モータ4の各相のコイル41A,41Bの通電状態を制御することにより、モータ4の回転および停止を制御する。
 図1に示すように、モータ駆動制御装置3は、制御回路1と駆動回路2を有している。
 駆動回路2は、モータ4のコイル41A,41Bに通電して、モータ4を駆動する回路である。駆動回路2は、制御回路1から出力される駆動制御信号Sdに基づいて、モータ4のコイル41A,41Bを励磁することにより、モータ4のロータ42を回転させる回路である。
 駆動回路2は、例えば、A相のコイル41Aを励磁するためのインバータ回路21Aと、B相のコイル41Bを励磁するためのインバータ回路21Bと、A相のコイル41Aの電流を検出する電流検出回路20Aと、B相のコイル41Bの電流を検出する電流検出回路20Bと、を有している。
 インバータ回路21A,21Bは、例えば、4つのスイッチング素子(例えばトランジスタ)から構成されたHブリッジ回路等によって構成されている。以下、インバータ回路21Aを「Hブリッジ回路21A」、インバータ回路21Bを「Hブリッジ回路21B」とも称する。また、Hブリッジ回路21AとHブリッジ回路21Bとを区別しない場合には、単に、「Hブリッジ回路21」と表記する。
 Hブリッジ回路21AとHブリッジ回路21Bは、例えば、互いに同一の回路構成を有している。図示はしないが、Hブリッジ回路21は、駆動制御信号Sdによってオン・オフが制御される複数のスイッチング素子(例えば、トランジスタ)を有している。
 なお、駆動回路2は、駆動制御信号Sdに基づいて各Hブリッジ回路21A,21Bのスイッチング素子を駆動するためのプリドライブ回路を有していてもよい。
 図2に示すように、Hブリッジ回路21Aは、コイル41Aの正極側の端子APと、コイル41Aの負極側の端子ANとに接続されている。Hブリッジ回路21Bは、コイル41Bの正極側の端子BPと、コイル41Bの負極側の端子BNとに接続されている。
 Hブリッジ回路21A,21Bは、各端子AP,AN,BP,BNに電圧を印加することにより、コイル41A,41Bを通電させる。具体的には、Hブリッジ回路21は、制御回路1から供給された駆動制御信号Sdに応じてHブリッジ回路21を構成する各スイッチング素子を選択的にオン・オフさせることにより、励磁するコイル41を切り替えるとともにコイル41の通電方向を切り替える。
 例えば、図2に示すように、A相のコイル41Aの端子APから端子ANに電流+Iaを流す“A相(+)励磁期間”には、Hブリッジ回路21Aが、例えば、コイル41Aの端子ANに対して端子APに“+Va”の電圧を印加する。一方、A相のコイル41Aの端子ANから端子APに電流-Iaを流す“A相(-)励磁期間”には、Hブリッジ回路21Aが、コイル41Aの端子ANに対して端子APに“-Va”の電圧を印加する。B相のコイル41Bの端子BPから端子BNに電流+Ibを流す“B相(+)励磁期間”には、Hブリッジ回路21Bが、例えば、コイル41Bの端子BNに対して端子BPに“+Vb”の電圧を印加する。B相のコイル41Bの端子BNから端子BPに電流-Ibを流す“B相(-)励磁期間”には、Hブリッジ回路21Bが、コイル41Bの端子BNに対して端子BPに“-Vb”の電圧を印加する。
 電流検出回路20Aは、Hブリッジ回路21Aと接続され、コイル41Aに流れる電流を検出し、検出した電流の大きさに応じた電流検出信号Siaを出力する。電流検出回路20Bは、Hブリッジ回路21Bと接続され、コイル41Bに流れる電流を検出し、検出した電流の大きさに応じた電流検出信号Sibを出力する。
 電流検出回路20A,20Bは、例えば、シャント抵抗を含む。シャント抵抗は、例えば、Hブリッジ回路21毎に、Hブリッジ回路21の電源電圧とグラウンド電圧との間にHブリッジ回路21と直列に接続され、シャント抵抗の両端に発生した電圧を電流検出信号Sia,Sibとして出力する。なお、電流検出回路20A,20Bは、モータ4のコイル41A,41Bに流れる電流を検出可能な公知の種々の回路構成を採用することができ、上述のシャント抵抗を含む回路構成に限定されるものではない。
 制御回路1は、モータ駆動制御装置3の統括的な制御を行う回路である。
 制御回路1は、例えば、CPU等のプロセッサと、RAM,ROM等の各種記憶装置と、タイマ(カウンタ)、A/D変換回路、D/A変換回路、および入出力I/F回路等の周辺回路とがバスを介して互いに接続された構成を有するプログラム処理装置(例えば、マイクロコントローラ)である。本実施の形態において、制御回路1は、例えば、IC(集積回路)としてパッケージ化されているが、これに限られるものではない。なお、制御回路1と駆動回路2とが一つにパッケージ化されていてもよい。
 制御回路1は、例えば、駆動制御信号Sdを生成して駆動回路2に与えることによりモータ4の駆動を制御する機能を有している。
 図3は、実施の形態に係るモータ駆動制御装置3における制御回路1の構成を示す図である。
 図3に示すように、制御回路1は、上述した機能を実現するための機能部として、転流モード設定部11、駆動制御信号生成部12、記憶部13、電流制限値設定部14、電流値取得部15、電流制限部16、ゼロクロス検出部17、および回転速度算出部18を有している。
 これらの機能部は、例えば、上述した制御回路1としてのプログラム処理装置(マイクロコントローラ)において、プロセッサが記憶装置に記憶されたプログラムにしたがって記憶装置に記憶された各種パラメータを用いて演算を実行し、A/D変換回路やタイマ等の周辺回路を制御することにより、実現される。なお、これらの機能部の一部または全部が専用回路(ハードウェア)によって実現されていてもよい。
 記憶部13は、制御回路1によるモータ駆動制御に必要な各種データを記憶するための機能部である。例えば、記憶部13には、後述する、電流制限値の上限値(第1値の一例)Ith1,下限値(第2値の一例)Ith2、単位増加量ΔIa、および単位減少量ΔIdを含む電流制限値情報130が記憶されている。
 転流モード設定部11は、モータ4の転流の方法を指定する転流モードを設定するための機能部である。
 本実施の形態に係るモータ駆動制御装置3は、転流モードとして、少なくとも2つのモードを有している。一つは、コイル41A,41Bの逆起電圧のゼロクロスの検出結果に基づいてコイル41A,41Bの転流を行う第1転流モードであり、もう一つは、目標通電時間にしたがってコイル41の転流を行う第2転流モードである。ここで、目標通電時間とは、一つの通電パターン(コイル41の励磁状態)を継続させる期間の長さの目標値である。
 例えば、転流モード設定部11は、モータ駆動制御装置3の外部(例えば、上位装置6)から入力されたモータ4に対する駆動指令信号Scを取得する。駆動指令信号Scは、例えば、モータ4の回転位置を指定する情報やモータ4の回転の停止を指示する情報等が含まれる。駆動指令信号Scは、例えば、PWM信号である。転流モード設定部11は、例えば、駆動指令信号Scを解析することにより、モータ4の目標とする回転位置の情報(目標回転位置)を取得し、転流モードを第1転流モードまたは第2転流モードに設定した上で、駆動制御信号生成部12に対して、モータ4の駆動を指示する。なお、転流モード設定部11による転流モードの設定方法の詳細については、後述する。
 ゼロクロス検出部17は、コイル41A,41Bの電圧を監視し、コイル41A,41Bに発生した逆起電圧のゼロクロスを検出するための機能部である。ここで、逆起電圧のゼロクロスとは、励磁されていないコイル41の両端に発生した逆起電圧が、正から負、または負から正に切り替わる状態をいう。
 ゼロクロス検出部17は、コイル41Aの電圧として端子APと端子ANの間の電圧を監視するとともに、コイル41Bの電圧として端子BPと端子BNの間の電圧を監視し、コイル41A,41Bの逆起電圧のゼロクロスを検出した場合に、ゼロクロスを検出したことを示すゼロクロス検出信号Szを出力する。
 回転速度算出部18は、モータ4の回転速度を算出する機能部である。回転速度算出部18は、コイル41の逆起電圧のゼロクロスが周期的に検出されている場合には、ゼロクロス検出部17から出力されるゼロクロス検出信号Szに基づいて、モータ4の回転速度を算出する。例えば、回転速度算出部18は、第1転流モードにおいて、ゼロクロス検出信号Szが出力される周期に基づいて、モータ4の回転速度を算出する。一方、第2転流モードにおいて逆起電圧が検出されていない場合には、回転速度算出部18は、例えば、第2転流モードにおいて予め設定された目標通電時間に基づいて、モータ4の回転速度を算出する。回転速度算出部18は、算出した回転速度の情報を含む出力信号Soを生成する。出力信号Soは、例えば、モータ駆動制御装置3の外部(例えば、上位装置6)に出力されるとともに、転流モード設定部11に入力される。
 駆動制御信号生成部12は、転流モード設定部11によって設定された転流モードに基づいて、駆動制御信号Sdを生成する。駆動制御信号Sdは、Hブリッジ回路21A,21Bの各スイッチング素子のオン・オフを制御するための信号であり、例えば、PWM信号である。
 駆動制御信号生成部12は、ロータ42を目標回転位置あるいは目標待機位置まで移動させるために、所定の励磁方式に基づく所定のタイミングでA相のコイル41AとB相のコイル41Bを励磁するように、駆動制御信号Sdを生成して出力する。ここで、所定の励磁方式とは、コイル41の逆起電圧の検出が可能な励磁方式であればよく、例えば、公知の、1相励磁方式または1-2相励磁方式である。
 1相励磁方式によって駆動制御信号Sdを生成する場合、駆動制御信号生成部12は、例えば、“A相(+)励磁期間”、“B相(+)励磁期間”、“A相(-)励磁期間”、“B相(-)励磁期間”の順にA,B相のコイル41A,41Bの通電状態が切り替わるように、駆動制御信号Sdを生成して出力する。
 このとき、各励磁期間の切り替え、すなわちコイル41A,41Bの転流は、転流モード設定部11によって設定された転流モードにしたがって行われる。
 具体的には、転流モードとして第1転流モードが指定されている場合には、駆動制御信号生成部12は、ゼロクロス検出部17によって逆起電圧のゼロクロスが検出される毎に、コイル41A,41Bの転流を行う。上述の例のように、1相励磁方式でモータ4を駆動している場合において、例えば、“A相(+)励磁期間”においてゼロクロス検出部17がゼロクロス検出信号Szを出力したとき、駆動制御信号生成部12は、“A相(+)励磁期間”から“B相(+)励磁期間”に切り替える。
 また、転流モードとして第2転流モードが指定されている場合には、駆動制御信号生成部12は、目標通電時間に基づいて、コイル41A,41Bの転流を行う。
 例えば、駆動制御信号生成部12は、タイマ(カウンタ)を有し、“A相(+)励磁期間”を開始するときにタイマによって時間の計測を開始し、計測時間が目標通電時間に到達したとき、“A相(+)励磁期間”から“B相(+)励磁期間”に切り替える。
 ここで、目標通電時間の情報は、予め、駆動制御信号生成部12または記憶部13に記憶されていてもよいし、駆動制御信号生成部12が算出してもよい。例えば、モータ4の目標回転速度の情報と、励磁方式に応じた、一つの相のコイルを一方向に連続して通電する電気角の大きさを示す通電角の情報とを記憶部13に予め記憶しておき、駆動制御信号生成部12が、記憶部13から読み出した目標回転速度の情報と通電角の情報とに基づいて、目標通電時間を算出してもよい。
 なお、第2転流モードにおいて逆起電圧のゼロクロスが検出されている場合には、駆動制御信号生成部12は、第1転流モードと同様に、逆起電圧のゼロクロスの検出(ゼロクロス検出信号Szの入力)に応じて、コイル41A,41Bの転流を行ってもよい。すなわち、駆動制御信号生成部12は、第2転流モードにおいて逆起電圧のゼロクロスが検出されていない場合には、目標通電時間に基づいてコイル41A,41Bの転流を行い、第2転流モードにおいて逆起電圧のゼロクロスが検出されている場合には、第2転流モードであっても、目標通電時間によらず、逆起電圧のゼロクロスの検出に応じてコイル41A,41Bの転流を行ってもよい。
 電流値取得部15は、モータ4の各相のコイル41A,41Bに流れる電流の値を取得する機能部である。電流値取得部15には、駆動回路2の電流検出回路20A,20Bから出力された電流検出信号Sia,Sibが入力される。電流値取得部15は、例えば、A/D変換回路を含み、A/D変換回路によって、電流検出信号Siaとしての電圧をデジタル値に変換し、A相のコイル41Aの電流値として出力する。同様に、電流値取得部15は、例えば、A/D変換回路によって、電流検出信号Sibとしての電圧をデジタル値に変換し、B相のコイル41Bの電流値として出力する。
 電流制限値設定部14は、電流制限値を設定するための機能部である。
 電流制限値は、モータ4のコイル41に流れる電流を制限するための基準となる値であり、換言すれば、コイル41の電流の上限を定める値である。
 電流制限値設定部14は、転流モード設定部11によって設定された転流モードの情報と、ゼロクロス検出部17から出力されたゼロクロス検出信号Szと、記憶部13に記憶された電流制限値情報130と、に基づいて、電流制限値を設定する。なお、電流制限値の設定方法の詳細については、後述する。
 電流制限部16は、モータ4のコイル41に流れる電流を監視し、当該電流が電流制限値を超えないように制御する機能部である。電流制限部16による電流の監視は、モータ4の相毎に行われる。例えば、A相のコイル41Aが励磁される“A相(+)励磁期間”および“A相(-)励磁期間”には、A相のコイル41Aの電流(電流検出信号Sia)を監視し、B相のコイル41Bが励磁される“B相(+)励磁期間”および“B相(-)励磁期間”には、B相のコイル41Bの電流(電流検出信号Sib)を監視する。
 電流制限部16は、コイル41に流れる電流が電流制限値に到達した場合に、コイル41の励磁を停止することを駆動制御信号生成部12に指示する。例えば、電流制限部16は、A相のコイル41Aが励磁されている期間において、電流値取得部15から出力されたコイル41Aの電流値(絶対値)と電流制限値設定部14によって設定された電流制限値(絶対値)とを比較する。電流制限部16は、コイル41Aの電流値が電流制限値以上となった場合に、コイル41Aの励磁を停止すること、すなわち駆動制御信号SdによるHブリッジ回路21Aの各スイッチング素子をオフすることを指示する信号を所定の期間出力する。電流制限部16は、B相のコイル41Bが励磁されている期間においても同様の手法により、B相のコイル41Bの電流を制限する。
 駆動制御信号生成部12は、電流制限部16からコイル41の励磁を停止することを指示する信号が出力されている間、コイル41の励磁を停止するように駆動制御信号Sdを生成する。例えば、“A相(+)励磁期間”において、電流制限部16がA相のコイル41Aの励磁を停止することを指示する信号を出力した場合、駆動制御信号生成部12は、A相のHブリッジ回路21Aにおける各スイッチング素子をオフするように、駆動制御信号Sdを生成する。これにより、A相のコイル41Aへの電力供給が停止するため、A相のコイル41Aの電流が低下し、電流制限値を超えないように制限される。B相のコイル41Bの電流についても同様の手法により、制限される。
 ここで、転流モードの設定方法について説明する。
 転流モード設定部11は、モータ4の回転速度に基づいて、第1転流モードまたは第2転流モードを選択し、転流モードとして設定する。
 例えば、モータ4の負荷が重く、モータ4の回転速度が比較的遅い場合には、コイル41の逆起電圧のゼロクロスが検出され易い。そこで、転流モード設定部11は、モータ4の回転速度が第1閾値Sth1に到達していない場合には、転流モードを第1転流モードに設定する。
 転流モードを第1転流モードに設定することにより、逆起電圧のゼロクロスの検出に応じてコイル41の転流が行われるので、負荷の大きさに追従した適切な回転速度およびトルクによってモータ4を回転させることが可能となる。
 一方、第1転流モードにより、逆起電圧のゼロクロスの検出に応じてコイル41の転流が行われている場合には、モータ4の負荷が軽くなるほど、モータ4の回転速度が上がり、逆起電圧のゼロクロスが検出され難くなる。そこで、転流モード設定部11は、モータ4の回転速度が第1閾値Sth1に到達した場合に、転流モードを第2転流モードに設定する。
 転流モードを第2転流モードに設定することにより、目標通電時間に応じてコイル41の転流が行われるので、モータ4の脱調を回避しつつ、確実にモータ4を回転させることが可能となる。このとき、モータ4は、目標通電時間に応じた回転速度で回転することになるため、回転速度の上昇が抑えられる。
 なお、上述したように、第2転流モードにおいて逆起電圧のゼロクロスが検出されている場合には、第1転流モードと同様に、逆起電圧のゼロクロスの検出に応じてコイル41の転流を行ってもよい。この場合、モータ4は、負荷の大きさに応じた回転速度で回転することになる。
 また、転流モード設定部11は、転流モードが第2転流モードであるときにモータ4の回転速度が第2閾値Sth2まで低下した場合に、転流モードを第1転流モードに設定する。ここで、第2閾値Sth2は、第1閾値Sth1とは異なる値であり、例えば、第2閾値Sth2<第1閾値Sth1である。
 これによれば、例えば、モータ4の負荷が増加に転じて、回転速度が低下した場合には、第2転流モードから第1転流モードに自動的に戻り、負荷に応じた適切な回転速度およびトルクによってモータ4を駆動することが可能となる。また、モータ4の回転速度の閾値について、第2閾値Sth2と第1閾値Sth1とを互いに異なる値に設定することにより、モータ4の回転速度(負荷)の変動によって転流モードが頻繁に切り替わることを防止できる。
 次に、電流制限値の設定方法について説明する。
 上述したように、モータ4の負荷が軽くなり、第2転流モードでモータ4が回転している状態では、モータ4の回転速度によらず、コイル電流が電流制限値まで上昇し得るため、必要以上のコイル電流が流れ、消費電力が高くなる場合がある。そこで、本実施の形態に係るモータ駆動制御装置3は、電流制限値を可変する機能を有する。
 具体的には、電流制限値設定部14は、転流モードが第1転流モードである期間において電流制限値を第1値である上限値Ith1に設定し、第2転流モードにおける少なくとも一部の期間において、電流制限値を第1値よりも小さい第2値である下限値Ith2(<上限値Ith1)に設定する。
 例えば、電流制限値設定部14は、逆起電圧のゼロクロスの検出の有無を周期的に判定し、逆起電圧のゼロクロスを検出した場合に電流制限値を増加させ、逆起電圧のゼロクロスを検出しなかった場合に電流制限値を低下させる。以下、電流制限値の切り替え処理について詳細に説明する。
 図4は、負荷の変化に伴うモータ4およびモータ駆動制御装置3の動作の一例を示すタイミングチャートである。
 図4において、横軸は時間tを表している。また、図4において、紙面の上側から下側に向かって、負荷の大きさ、モータ4の回転速度、電流制限値、転流モード、逆起電圧のゼロクロスの検出状態がそれぞれ示されている。
 例えば、図4に示すように、時刻t0において、モータ4の回転速度は第1閾値Sth1に到達していない。そのため、転流モード設定部11は、転流モードを第1転流モードに設定する。また、電流制限値設定部14は、電流制限値を第1値としての上限値Ith1に設定する。これにより、モータ4は、負荷に応じた回転速度で回転しつつ、コイル電流が上限値Ith1を超えないように制御される。なお、上限値Ith1の情報は、例えば、電流制限値情報130として記憶部13に記憶されており、電流制限値設定部14は、記憶部13からその情報を読み出して使用する。
 時刻t0以降も同様に、モータ4は第1転流モードによって駆動制御されるため、負荷の低下に伴い、モータ4の回転速度が上昇する。そして、時刻t1において、モータ4の回転速度が第1閾値Sth1に到達したとき、転流モード設定部11が、転流モードを第1転流モードから第2転流モードに切り替える。これにより、駆動制御信号生成部12が、予め設定された目標通電時間に基づいてコイル41の転流を行うので、モータ4は、目標通電時間に対応する回転速度で回転する。
 電流制限値設定部14は、転流モードが第1転流モードから第2転流モードに切り替わった後に、逆起電圧のゼロクロスが検出できなくなったと判定した場合に、電流制限値を第1値としての上限値Ith1から第2値としての下限値Ith2へ切り替える処理を開始する。
 例えば、図4に示すように、時刻t1において転流モードが第1転流モードから第2転流モードに切り替わった後、時刻t2において、逆起電圧のゼロクロスが検出できなくなったとする。このとき、電流制限値設定部14は、電流制限値を上限値Ith1から下限値Ith2まで段階的に変化させる(低下させる)。
 例えば、電流制限値設定部14は、逆起電圧のゼロクロスの検出の有無の判定に同期して電流制限値を段階的に変化させる。具体的には、電流制限値設定部14は、逆起電圧のゼロクロスの検出の有無を周期的に判定し、判定結果に応じて電流制限値を単位量だけ低下させる。
 例えば、電流制限値設定部14は、一定期間においてゼロクロス検出信号Szが出力されたか否か(ゼロクロスが検出されたか否か)を判定し、その一定期間においてゼロクロス検出信号Szが出力されなかった場合に、電流制限値を単位減少量ΔIdだけ低下させる。なお、下限値Ith1の情報および単位減少量ΔIdの情報は、例えば、電流制限値情報130として記憶部13に記憶されており、電流制限値設定部14は、記憶部13からそれらの情報を読み出して使用する。
 電流制限値設定部14は、時刻t2以降、逆起電圧のゼロクロスが検出できないことにより、一定期間毎に電流制限値を単位減少量ΔIdずつ低下させる。そして、時刻t3において、電流制限値が下限値Ith2に到達したとする。このとき、電流制限値設定部14は、電流制限値を低下させる処理を停止する。これにより、時刻t3以降では、モータ4は、目標通電時間に応じた回転速度で回転しつつ、コイル電流が下限値Ith2を超えないように制御される。
 電流制限値設定部14は、転流モードが第2転流モードであるときに、逆起電圧のゼロクロスが検出できた場合に、電流制限値を第2値としての下限値Ith2から第1値としての上限値Ith1へ切り替える処理を開始する。
 例えば、図4に示すように、時刻t3以降に負荷が増加に転じ、時刻t4において、逆起電圧のゼロクロスが検出されはじめたとする。このとき、電流制限値設定部14は、電流制限値を下限値Ith2から上限値Ith1まで段階的に変化させる(増加させる)。具体的には、電流制限値設定部14は、逆起電圧のゼロクロスの検出の有無を周期的に判定し、判定結果に応じて電流制限値を単位量だけ増加させる。
 例えば、電流制限値設定部14は、一定期間においてゼロクロス検出信号Szが出力されたか否か(ゼロクロスが検出されたか否か)を判定し、ゼロクロス検出信号Szが出力される毎に、電流制限値を単位増加量ΔIaだけ増加させる。なお、単位増加量ΔIaの情報は、例えば、電流制限値情報130として記憶部13に記憶されており、電流制限値設定部14は、記憶部13からその情報を読み出して使用する。
 電流制限値設定部14は、時刻t4以降、逆起電圧のゼロクロスが検出される毎に電流制限値を単位増加量ΔIaずつ増加させ、時刻t5において電流制限値が上限値Ith1に到達したとき、電流制限値設定部14は、電流制限値を増加させる処理を停止する。
 時刻t4以降において、転流モードは第2転流モードであるが、逆起電圧のゼロクロスが検出されている。そのため、駆動制御信号生成部12は、設定されている転流モード(第2転流モード)に依らず、逆起電圧のゼロクロスの検出に応じてコイル41の転流を行ってもよい。これにより、時刻t4以降の期間では、負荷の増加に伴い、モータ4の回転速度が低下する。
 その後、時刻t6において、モータ4の回転速度が第2閾値Sth2まで低下したとする。このとき、転流モード設定部11は、転流モードを第2転流モードから第1転流モードに切り替える。これにより、再び、モータ4は、負荷に応じた回転速度で回転しつつ、コイル電流が上限値Ith1を超えないように制御される。
 なお、このとき、逆起電圧のゼロクロスがモータ4の回転速度に応じて周期的に検出されるので、電流制限値設定部14は、電流制限値を第1値としての上限値Ith1に維持する。
 ここで、図4に示すように、電流制限値が下限値(第2値)Ith2から上限値(第1値)Ith1に切り替わるときの時間に対する電流制限値の変化の割合(絶対値)と、電流制限値が上限値Ith1から下限値Ith2に切り替わるときの時間に対する電流制限値の変化の割合(絶対値)とは、互い相違していてもよい。例えば、単位増加量ΔIaと単位減少量ΔIdとが互いに異なる値であってもよい。
 好ましくは、図4に示すように、電流制限値が下限値Ith2から上限値Ith1に切り替わるときの時間に対する電流制限値の変化の割合(絶対値)は、電流制限値が上限値Ith1から下限値Ith2に切り替わるときの時間に対する電流制限値の変化の割合(絶対値)よりも大きい。例えば、単位増加量ΔIa>単位減少量ΔIdである。
 換言すれば、図4に示すように、電流制限値が下限値Ith2から上限値Ith1に到達するまでの時間(時刻t4から時刻t5までの期間)は、電流制限値が上限値Ith1から下限値Ith2に到達するまでの時間(時刻t2から時刻t3までの期間)よりも短いことが好ましい。なぜならば、電流制限値を下限値Ith2から上限値Ith1に切り替わるときは負荷が増加するときであるため、上記のように、電流制限値が下限値Ith2から上限値Ith1に到達するまでの時間を短くして、電流制限値を速やかに増加させることにより、負荷の増加による回転トルクの不足を回避することができる。
 図5は、実施の形態に係るモータ駆動制御装置3によってモータ4を駆動したときのコイル電流の変化の一例を示すタイミングチャートである。
 図5において、横軸は時間tを表し、縦軸は電流を表している。図5には、1相励磁方式によってモータ4を駆動した場合において、電流制限値を上限値Ith1から下限値Ith2まで低下させたときのA相のコイル41Aの電流とB相のコイル41Bの電流の時間的な変化が示されている。例えば、図5における時刻t0~t3は、図4のタイミングチャートにおける時刻t0~t3に対応している。
 なお、図5では、図示の便宜上、A相のコイル41Aの電流(A相電流)とB相のコイル41Bの電流(B相電流)を同じ実線で示し、その実線の近傍に、電流が流れる相のコイル41を特定する説明を付している。
 図5に示すように、例えば、時刻t0から時刻t1までのモータ4が第1転流モードで駆動制御されている期間では、駆動制御信号生成部12が、逆起電圧のゼロクロスの検出に応じて、励磁するコイル41を切り替える。各相の励磁期間において、コイル41の電流が上限値の絶対値|Ith1|よりも小さい場合、駆動制御信号生成部12は、コイル41の一方向への励磁を継続する。コイル41の電流が上限値の絶対値|Ith1|に到達したとき、駆動制御信号生成部12は、電流制限部16からの指示に応じてコイル41の励磁を停止し、一定期間の経過後に、コイル41の励磁を再開することを繰り返す。
 その後、モータ4の負荷が徐々に軽くなり、時刻t1において、モータ4の回転速度が第1閾値Sth1に到達すると、転流モードが第1転流モードから第2転流モードに切り替わる。転流モードが第2転流モードに切り替わった後、時刻t2においてコイル41の逆起電圧のゼロクロスが検出されなくなると、電流制限値の上限値Ith1から下限値Ith2への切り替え処理が開始される。
 電流制限値は、時刻t2以降に、上限値Ith1から段階的に低下し、時刻t3において下限値Ith2に到達する。時刻t2から時刻t3までの期間においては、上述したように電流制限値が段階的に変化するため、図5に示すように、コイル41の電流も段階的に変化することになる。
 図示はしないが、転流モードが第2転流モードから第1転流モードに移行する際も同様に、電流制限値が下限値Ith2から上限値Ith1に変化することにより、コイル41の電流も段階的に変化することになる。
 次に、電流制限値の切り替え処理の流れについて、説明する。
 図6は、実施の形態に係る電流制限値の切り替え処理の流れを示すフローチャートである。
 例えば、先ず、制御回路1が転流モードを設定する(ステップS1)。ステップS1における転流モードの設定処理は、例えば、図7に示すフローにしたがって実行される。
 図7は、転流モードの設定処理(ステップS1)の流れを示すフローチャートである。
 転流モードの設定処理において、先ず、転流モード設定部11は、そのときの転流モードが第1転流モードであり、且つモータ4の回転速度が第1閾値Sth1に到達しているか否かを判定する(ステップS11)。
 転流モードが第1転流モードであり、且つモータ4の回転速度が第1閾値Sth1に到達している場合には(ステップS11:YES)、転流モード設定部11は、転流モードを第2転流モードに設定する(ステップS14)。
 一方、ステップS11において、転流モードが第1転流モードでない場合、および/またはモータ4の回転速度が第1閾値Sth1に到達していない場合には(ステップS11:NO)、転流モード設定部11は、そのときの転流モードが第2転流モードであり、且つモータ4の回転速度が第2閾値Sth2より低下したか否かを判定する(ステップS12)。
 転流モードが第2転流モードであり、且つモータ4の回転速度が第2閾値Sth2以下の場合には(ステップS12:YES)、転流モード設定部11は、転流モードを第1転流モードに設定する(ステップS14)。
 一方、ステップS12において、転流モードが第2転流モードではない場合、および/または、モータ4の回転速度が第2閾値Sth2より低下していない場合には(ステップS12:NO)、転流モード設定部11は、転流モードを変更しない。
 上述した転流モードの設定処理(ステップS1)の後、図6に示すように、制御回路1が、転流モードが第2転流モードであるか否かを判定する(ステップS2)。
 転流モードが第2転流モードでない場合、すなわち、転流モードが第1転流モードである場合(ステップS2:NO)、制御回路1は電流制限値を増加させる(ステップS4)。
 具体的には、電流制限値設定部14が、その時点での電流制限値に単位増加量ΔIaを加算した値を算出する。
 次に、電流制限値設定部14が、ステップS4で算出した値が上限値Ith1より大きいか否かを判定する(ステップS6)。ステップS4で算出した値が上限値Ith1より大きくない場合(ステップS6:NO)、電流制限値設定部14は、ステップS4において算出した値を電流制限値として設定し、制御回路1はステップS1~S9の処理を繰り返し行う。
 一方、ステップS6において、ステップS4で算出した値が上限値Ith1より大きい場合(ステップS6:YES)、電流制限値設定部14は、上限値Ith1を電流制限値として設定する(ステップS7)。その後、制御回路1は、ステップS1~S9の処理を繰り返し行う。
 一方、ステップS2において、転流モードが第2転流モードである場合(ステップS2:YES)、制御回路1は、逆起電圧のゼロクロスが検出されたか否かを判定する(ステップS3)。逆起電圧のゼロクロスが検出された場合(ステップS3:YES)、制御回路1は、上述したステップS4~S7の処理を行う。
 逆起電圧のゼロクロスが検出されなかった場合(ステップS3:NO)、制御回路1は電流制限値を低下させる(ステップS5)。具体的には、電流制限値設定部14が、その時点での電流制限値から単位減少量ΔIdを減算した値を算出する。
 次に、電流制限値設定部14は、ステップS5において算出した値が下限値Ith2より小さいか否かを判定する(ステップS8)。ステップS5で算出した値が下限値Ith2より小さくない(下限値Ith2以上である)場合(ステップS8:NO)、電流制限値設定部14は、ステップS5で算出した値を電流制限値として設定し、制御回路1はステップS1~S9の処理を繰り返し行う。
 一方、ステップS8において、ステップS5で算出した値が下限値Ith2より小さい場合(ステップS8:YES)、電流制限値設定部14は、下限値Ith2を電流制限値として設定する(ステップS9)。その後、制御回路1は、ステップS1~S9の処理を繰り返し行う。
 以上、本実施の形態に係るモータ駆動制御装置3において、制御回路1は、転流モードが第1転流モードである期間において電流制限値を第1値(上限値Ith1)に設定し、第2転流モードにおける少なくとも一部の期間において、電流制限値を第1値よりも小さい第2値(下限値Ith2)に設定する。
 これによれば、例えば、負荷が軽くなり、モータ4の回転速度が低下して第2転流モードでモータ4の駆動制御が行われている状態において、コイル41の電流が不必要に大きくなり、モータ4の消費電力が増加することを抑制することが可能となる。
 また、制御回路1は、転流モードが第1転流モードから第2転流モードに切り替わった後に、逆起電圧のゼロクロスが検出できなくなった場合に、電流制限値を第1値(上限値Ith1)から第2値(下限値Ith2)まで段階的に変化させる(低下させる)。
 これによれば、転流モードが第1転流モードから第2転流モードに移行する際に、コイル41の電流が急峻に低下してモータ4の動作が不安定になることを防ぐことができる。
 また、制御回路1は、転流モードが第2転流モードであるときに、逆起電圧のゼロクロスが検出できた場合に、電流制限値を第2値(下限値Ith2)から第1値(上限値Ith1)まで段階的に変化させる(増加させる)。
 これによれば、負荷の増加によってモータ4の回転速度が低下し、転流モードが第2転流モードから第1転流モードに完全に移行する前に、コイル電流を上昇させることができるので、第1転流モードにおいてコイル電流が不足してモータ4が脱調することを防ぐことができる。また、電流制限値を段階的に増加させることにより、コイル41の電流が急峻に増加してモータ4の動作が不安定になることを防ぐことができる。
 また、前述したように、電流制限値が第2値(下限値Ith2)から第1値(上限値Ith1)に切り替わるときの時間に対する電流制限値の変化の割合は、電流制限値が第1値(上限値Ith1)から第2値(下限値Ith2)に切り替わるときの時間に対する電流制限値の変化の割合よりも大きいことが好ましい。
 以上により、負荷軽減時には、より速やかにモータ4への不必要なコイル電流の増加を抑えつつ、負荷増加時には、モータ4の駆動に必要なコイル電流をより速やかに供給することができるので、消費電力の抑制とモータ4の動作の安定性とをバランスよく両立することが可能となる。
 また、制御回路1は、逆起電圧のゼロクロスの検出の有無を周期的に判定し、逆起電圧のゼロクロスを検出した場合に電流制限値を増加させ、逆起電圧のゼロクロスを検出しなかった場合に電流制限値を低下させてもよい。
 これによれば、モータ4の負荷の変動に応じて電流制限値が調整されるので、より安定したモータ4の駆動を実現することができる。
 ≪実施の形態の拡張≫
 以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。
 例えば、上記実施の形態におけるモータ4としてのステッピングモータの相数は、2相に限定されない。また、上記実施の形態におけるモータ4は、ステッピングモータに限られない。例えば、モータは、ブラシレスDCモータであってもよい。
 また、上記実施の形態では、逆起電圧のゼロクロスの検出の有無の判定に同期して電流制限値を段階的に変化させる場合を例示したが、これに限られず、例えば、電流制限値を単位時間毎に段階的に変化させてもよい。例えば、第2転流モードにおいて逆起電圧のゼロクロスを検出できなくなった場合に、単位時間毎に電流制限値を上限値Ith1から下限値Ith2まで段階的に減少させ、第2転流モードにおいて逆起電圧のゼロクロスが検出できるようになった場合に、単位時間毎に電流制限値を下限値Ith2から上限値Ith1まで段階的に増加させてもよい。
 また、上述のフローチャートは、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。すなわち、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い。例えば、一部の処理の順番が変更されてもよいし、各処理間に他の処理が挿入されてもよいし、一部の処理が並列に行われてもよい。
 1…制御回路、2…駆動回路、3…モータ駆動制御装置、4…モータ、5…モータユニット、6…上位装置、11…転流モード設定部、12…駆動制御信号生成部、13…記憶部、14…電流制限値設定部、15…電流値取得部、16…電流制限部、17…ゼロクロス検出部、18…回転速度算出部、20A,20B…電流検出回路、21,21A,21B…Hブリッジ回路(インバータ回路)、42…ロータ、42S…S極、42N…N極、41,41A,41B…コイル、130…電流制限値情報、AP,AN,BP,BN…コイル41A,41Bの端子、Ith1…上限値(第1値の一例)、Ith2…下限値(第2値の一例)、ΔIa…単位増加量、ΔId…単位減少量、Sc…駆動指令信号、Sd…駆動制御信号、Sia,Sib…電流検出信号、So…出力信号、Sth1…第1閾値、Sth2…第2閾値、Sz…ゼロクロス検出信号。

Claims (8)

  1.  モータの駆動を制御するための駆動制御信号を生成する制御回路と、
     前記駆動制御信号に基づいて、前記モータのコイルを駆動する駆動回路と、を備え、
     前記制御回路は、
     前記モータの回転速度に基づいて、前記コイルの逆起電圧のゼロクロスの検出結果に基づいて前記コイルの転流を行う第1転流モード、または目標通電時間にしたがって前記コイルの転流を行う第2転流モードを選択し、転流モードとして設定する転流モード設定部と、
     前記転流モード設定部によって設定された前記転流モードに基づいて、前記駆動制御信号を生成する駆動制御信号生成部と、
     前記コイルに流れる電流を制限するための基準となる電流制限値を設定する電流制限値設定部と、
     前記コイルに流れる電流が前記電流制限値に到達した場合に、前記コイルの励磁を停止することを前記駆動制御信号生成部に指示する電流制限部と、を有し、
     前記電流制限値設定部は、前記転流モードが前記第1転流モードである期間において前記電流制限値を第1値に設定し、前記第2転流モードにおける少なくとも一部の期間において、前記電流制限値を前記第1値よりも小さい第2値に設定する
     モータ駆動制御装置。
  2.  請求項1に記載のモータ駆動制御装置において、
     前記転流モード設定部は、前記モータの回転速度が第1閾値に到達していない場合に、前記転流モードを前記第1転流モードに設定し、前記モータの回転速度が前記第1閾値に到達した場合に前記転流モードを前記第2転流モードに設定し、前記転流モードが前記第2転流モードであるときに前記モータの回転速度が前記第1閾値よりも小さい第2閾値まで低下した場合に、前記転流モードを前記第1転流モードに設定する
     モータ駆動制御装置。
  3.  請求項2に記載のモータ駆動制御装置において、
     前記電流制限値設定部は、前記転流モードが前記第1転流モードから前記第2転流モードに切り替わった後に、前記逆起電圧のゼロクロスが検出できなくなった場合に、前記電流制限値を前記第1値から前記第2値まで段階的に変化させる
     モータ駆動制御装置。
  4.  請求項3に記載のモータ駆動制御装置において、
     前記電流制限値設定部は、前記転流モードが前記第2転流モードであるときに、前記逆起電圧のゼロクロスが検出できた場合に、前記電流制限値を前記第2値から前記第1値まで段階的に変化させる
     モータ駆動制御装置。
  5.  請求項4に記載のモータ駆動制御装置において、
     前記電流制限値が前記第2値から前記第1値に切り替わるときの時間に対する前記電流制限値の変化の割合は、前記電流制限値が前記第1値から前記第2値に切り替わるときの時間に対する前記電流制限値の変化の割合よりも大きい
     モータ駆動制御装置。
  6.  請求項2に記載のモータ駆動制御装置において、
     前記電流制限値設定部は、前記逆起電圧のゼロクロスの検出の有無を周期的に判定し、前記逆起電圧のゼロクロスを検出した場合に前記電流制限値を増加させ、前記逆起電圧のゼロクロスを検出しなかった場合に前記電流制限値を低下させる
     モータ駆動制御装置。
  7.  前記モータと、
     請求項1乃至6の何れか一項に記載されたモータ駆動制御装置と、を備えるモータユニット。
  8.  モータ駆動制御装置によってモータの駆動を制御するためのモータ駆動制御方法であって、
     前記モータ駆動制御装置が、前記モータの回転速度に基づいて、前記モータのコイルの逆起電圧のゼロクロスの検出結果に基づいて前記コイルの転流を行う第1転流モード、または目標通電時間にしたがって前記コイルの転流を行う第2転流モードを、転流モードとして設定する第1ステップと、
     前記モータ駆動制御装置が、モータの駆動を制御するための駆動制御信号を生成する第2ステップと、
     前記モータ駆動制御装置が、前記コイルに流れる電流を制限するための基準となる電流制限値を設定する第3ステップと、
     前記モータ駆動制御装置が、前記コイルに流れる電流が前記電流制限値に到達した場合に、前記コイルの励磁を停止するための前記駆動制御信号を生成する第4ステップと、
     前記第3ステップは、
     前記モータ駆動制御装置が、前記転流モードが前記第1転流モードである期間において前記電流制限値を第1値に設定する第5ステップと、
     前記第2転流モードにおける少なくとも一部の期間において、前記電流制限値を前記第1値よりも小さい第2値に設定する第6ステップと、を含む
     モータ駆動制御方法。
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