JP2007312446A - Motor drive device - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a motor drive device which can be attached easily to an apparatus, can control the speed and efficiency of a motor freely, and can facilitate a high order apparatus for configuring a high efficiency drive system by a sine wave drive motor. <P>SOLUTION: The motor drive device comprises a waveform generator incorporated in a motor having a moving member and a drive winding or integrated therewith and generating a waveform signal for performing sine wave driving of the motor, an inverter for applying a drive voltage by that waveform signal to the drive winding, and a motor control terminal for inputting first and second control signal wherein the magnitude of drive voltage of the drive winding can be controlled by the first control signal and the phase can be controlled by the second control signal. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えば空調機器、燃焼用ファンモータを搭載した給湯機、空気清浄機並びに複写機、プリンタ等の情報機器に使用されるブラシレスＤＣモータなどを駆動するのに好適なモータ駆動装置に関する。特に、モータ駆動時のトルクリップル、振動、騒音を大幅に低減できる正弦波駆動方式のモータで、これを搭載する機器が制御しやすい制御インターフェイスをもつモータ駆動装置に関するものである。   The present invention relates to a motor drive device suitable for driving a brushless DC motor used in information equipment such as an air conditioner, a hot water heater equipped with a combustion fan motor, an air purifier, a copying machine, and a printer. In particular, the present invention relates to a motor drive device having a control interface that is easy to control by a sine wave drive type motor that can greatly reduce torque ripple, vibration, and noise during motor drive.

例えば空調機器、給湯機、空気清浄機、複写機およびプリンタ等の電気機器に用いられる各種駆動用モータは、長寿命、高信頼性および速度制御の容易さなどの長所を活かして、ブラシレスＤＣモータ（以下、モータという）が用いられることが多い。   For example, various drive motors used in electrical equipment such as air conditioners, water heaters, air purifiers, copiers and printers are brushless DC motors, taking advantage of long life, high reliability and ease of speed control. (Hereinafter referred to as a motor) is often used.

従来、モータの駆動方式としては、モータの駆動巻線を矩形波状駆動波形によって駆動する矩形波駆動方式が広く採用されてきた。しかし近年、モータをより低トルクリップル、低振動および低騒音で駆動することへの要求が高まってきている。この要求に対応する駆動技術として、モータの駆動巻線を正弦波状駆動波形によって駆動する正弦波駆動方式が一般的になりつつある。   Conventionally, as a motor driving method, a rectangular wave driving method for driving a motor driving winding with a rectangular wave driving waveform has been widely adopted. In recent years, however, there has been an increasing demand for driving motors with lower torque ripple, lower vibration and lower noise. As a driving technique that meets this requirement, a sine wave driving system that drives a motor driving winding with a sine wave driving waveform is becoming common.

モータを正弦波駆動するための従来技術としては、例えば、日本特許公報第３２３２４６７号に記載のものがある。この従来技術では、モータの回転位置に応じてメモリー記憶された正弦波状の波形データを順次読み出す。そして、この波形データをパルス幅変調して、モータの駆動巻線に電力供給するためのインバータ回路の各スイッチ素子を制御することによって、モータを正弦波駆動する。   As a conventional technique for driving a motor in a sine wave, there is one described in Japanese Patent Publication No. 3322467, for example. In this prior art, sinusoidal waveform data stored in memory according to the rotational position of the motor are sequentially read out. Then, the waveform data is subjected to pulse width modulation, and the motor is driven in a sine wave by controlling each switch element of the inverter circuit for supplying power to the drive winding of the motor.

また特開２００３−３４８８７４号公報に記載のものがある。この従来技術では、正弦波駆動技術を半導体集積回路により実現し、使用部品点数並びにコストを削減する。   Moreover, there exists a thing as described in Unexamined-Japanese-Patent No. 2003-348874. In this conventional technique, a sine wave driving technique is realized by a semiconductor integrated circuit, and the number of parts used and the cost are reduced.

図５はこの種の従来技術におけるモータ駆動装置の回路構成図であり、図６は図５に示すモータ駆動装置の動作説明図である。   FIG. 5 is a circuit configuration diagram of this type of prior art motor driving device, and FIG. 6 is an operation explanatory diagram of the motor driving device shown in FIG.

図５において、モータ５０１は、Ｕ相駆動巻線５１１、Ｖ相駆動巻線５１３およびＷ相駆動巻線５１５を有する。これら各駆動巻線５１１、５１３および５１５には、直流電源５０５からインバータ５２０を介して駆動電力が供給される。   In FIG. 5, motor 501 has U-phase drive winding 511, V-phase drive winding 513 and W-phase drive winding 515. Drive power is supplied from the DC power supply 505 to the drive windings 511, 513 and 515 via the inverter 520.

インバータ５２０は、モータ５０１の駆動巻線５１１、５１３および５１５を正側電源線路５０１に接続する正側スイッチ５２１、５２３および５２５を備える。また、インバータ５２０は、モータ５０１の駆動巻線５１１、５１３および５１５を負側電源線路５０２に接続する負側スイッチ５２２、５２４および５２６を備える。   Inverter 520 includes positive switches 521, 523, and 525 that connect drive windings 511, 513, and 515 of motor 501 to positive power supply line 501. The inverter 520 includes negative switches 522, 524, and 526 that connect the drive windings 511, 513, and 515 of the motor 501 to the negative power supply line 502.

制御器５３０は、波形生成器５３１およびパルス幅変調器５３２を備える。   The controller 530 includes a waveform generator 531 and a pulse width modulator 532.

上位器５０６は、速度検出器５４０からの速度検出信号ＦＧを受け、制御信号ＶＳＰをパルス幅変調器５３２に出力する。   The host device 506 receives the speed detection signal FG from the speed detector 540 and outputs the control signal VSP to the pulse width modulator 532.

モータ駆動装置５００は、インバータ５２０、制御器５３０および速度検出器５４０から構成されている。   The motor driving device 500 includes an inverter 520, a controller 530, and a speed detector 540.

モータ５０１の回転位置信号ＣＳに応じて波形生成器５３１が生成する正弦波状の波形信号ＷＦが、パルス幅変調器５３２に入力される。パルス幅変調器５３２は、正弦波状の波形信号ＷＦに基づき、パルス幅変調した制御信号ＵＨ、ＶＨ、ＷＨ、ＵＬ、ＶＬおよびＷＬをインバータ５２０の各スイッチ素子５２１から５２６に対して出力する。各スイッチ素子５２１から５２６は、制御信号ＵＨ、ＶＨ、ＷＨ、ＵＬ、ＶＬおよびＷＬによってそれぞれオンまたはオフ動作される。   A sinusoidal waveform signal WF generated by the waveform generator 531 according to the rotational position signal CS of the motor 501 is input to the pulse width modulator 532. The pulse width modulator 532 outputs the pulse width modulated control signals UH, VH, WH, UL, VL, and WL to the switch elements 521 to 526 of the inverter 520 based on the sinusoidal waveform signal WF. Each switch element 521 to 526 is turned on or off by control signals UH, VH, WH, UL, VL and WL, respectively.

ここで、制御信号ＵＨ、ＶＨおよびＷＨは互いに電気角１２０度の位相差をもってパルス幅変調器５３２から出力される信号である。また制御信号ＵＬ、ＶＬ、ＷＬも互いに電気角１２０度の位相差をもってパルス幅変調器５３２から出力される信号である。   Here, the control signals UH, VH and WH are signals output from the pulse width modulator 532 with a phase difference of 120 electrical degrees. The control signals UL, VL, WL are also signals output from the pulse width modulator 532 with a phase difference of 120 electrical degrees.

ここで、モータ５０１の駆動巻線のうち、インバータ５２０の出力Ｕに接続されるＵ相駆動巻線５１１に対する動作について、図６を用いて説明する。   Here, the operation for the U-phase drive winding 511 connected to the output U of the inverter 520 among the drive windings of the motor 501 will be described with reference to FIG.

図６において、三角波状の信号ＣＹはパルス幅変調器５３２の内部に存在するＰＷＭキャリア信号である。   In FIG. 6, a triangular wave signal CY is a PWM carrier signal present inside the pulse width modulator 532.

波形生成手段５３１がモータ５０１の回転位置信号ＣＳに応じて生成する正弦波状の波形信号ＷＦは、パルス幅変調器５３２によりキャリア信号ＣＹと比較される。その比較結果に応じてインバータ５２０のスイッチ素子５２１および５２２は相補的にオン、オフされる。その結果、図６で示される駆動電圧Ｕがインバータ５２０から出力され、Ｕ相駆動巻線５１１に印加される。Ｕ相駆動巻線５１１にはＵ相駆動電流Ｉｕが流れる。   A sinusoidal waveform signal WF generated by the waveform generation means 531 according to the rotational position signal CS of the motor 501 is compared with the carrier signal CY by the pulse width modulator 532. Depending on the comparison result, switch elements 521 and 522 of inverter 520 are turned on and off in a complementary manner. As a result, the drive voltage U shown in FIG. 6 is output from the inverter 520 and applied to the U-phase drive winding 511. A U-phase drive current Iu flows through the U-phase drive winding 511.

駆動電圧Ｕは、瞬時的には直流電源５０５の正側電圧と負側電圧との間を交互に変化する電圧であるが、パルス幅変調の原理から平均値的には波形信号ＷＦに応じた正弦波状の電圧となる。したがって、Ｕ相駆動巻線５１１にはＵ相の波形信号ＷＦと同様の正弦波状の電圧が印加される。   The drive voltage U is a voltage that alternately changes between the positive side voltage and the negative side voltage of the DC power supply 505 instantaneously, but the average value corresponds to the waveform signal WF from the principle of pulse width modulation. It becomes a sinusoidal voltage. Therefore, the U-phase drive winding 511 is applied with a sinusoidal voltage similar to the U-phase waveform signal WF.

Ｖ相駆動巻線５１３およびＷ相駆動巻線５１５に対しても、Ｕ相駆動巻線５１１と同様にして、インバータ５２０からそれぞれ駆動電圧Ｖおよび駆動電圧Ｗによって正弦波状の電圧が印加される。   Similarly to the U-phase drive winding 511, sinusoidal voltages are applied to the V-phase drive winding 513 and the W-phase drive winding 515 by the drive voltage V and the drive voltage W, respectively.

ここで、各相駆動巻線５１１、５１３および５１５に印加される駆動電圧Ｕ、ＶおよびＷは、互いに電気角１２０度の位相差を有する。すなわち、Ｖ相駆動巻線５１３に関しては、Ｕ相の波形信号ＷＦと互いに電気角１２０度の位相差をもつ正弦波状のＶ相の波形信号と、キャリア信号ＣＹとの比較結果に応じて、インバータ５２０のスイッチ素子５２３および５２４が相補的にオン、オフされる。   Here, the drive voltages U, V and W applied to the respective phase drive windings 511, 513 and 515 have a phase difference of an electrical angle of 120 degrees. That is, with respect to the V-phase drive winding 513, an inverter is selected according to the comparison result between the U-phase waveform signal WF and the sinusoidal V-phase waveform signal having a phase difference of 120 degrees and the carrier signal CY. 520 switch elements 523 and 524 are complementarily turned on and off.

また、Ｗ相駆動巻線５１５に関しては、Ｕ相の波形信号およびＶ相の波形信号と互いに電気角１２０度ずつ位相差をもつ正弦波状のＷ相の波形信号とキャリア信号ＣＹとの比較結果に応じて、インバータ５２０のスイッチ素子５２５および５２６が相補的にオン、オフされる。   For the W-phase drive winding 515, a comparison result between the U-phase waveform signal and the V-phase waveform signal and the carrier signal CY is a sinusoidal W-phase waveform signal having a phase difference of 120 degrees from each other. Accordingly, switch elements 525 and 526 of inverter 520 are complementarily turned on and off.

以上のようにして、各相駆動巻線５１１、５１３および５１５に正弦波状の電圧が印加され、モータ５０１は正弦波駆動される。   As described above, sinusoidal voltages are applied to the respective phase drive windings 511, 513, and 515, and the motor 501 is sinusoidally driven.

ここで上位器５０６は、たとえばマイクロコンピュータやＤＳＰなどで構成される。   Here, the host device 506 is constituted by, for example, a microcomputer or a DSP.

上位器５０６は速度検出信号ＦＧが所望の値となるように制御信号ＶＳＰをパルス幅変調器５３２に出力する。パルス幅変調器５３２は制御信号ＶＳＰに対応した大きさ（波高
値）の正弦波駆動電圧を各相駆動巻線５１１、５１３および５１５に印加する。これによりモータ５０１の速度調整が行われる。
特許第３２３２４６７号公報 特開２００３−３４８８７４号公報 The host unit 506 outputs the control signal VSP to the pulse width modulator 532 so that the speed detection signal FG becomes a desired value. The pulse width modulator 532 applies a sine wave drive voltage having a magnitude (crest value) corresponding to the control signal VSP to each phase drive winding 511, 513 and 515. Thereby, the speed of the motor 501 is adjusted.
Japanese Patent No. 3322467 JP 2003-348874 A

しかしながら上記した従来技術によるモータ駆動装置５００は、モータ５０１を高効率で駆動できないという課題を有している。   However, the above-described conventional motor driving device 500 has a problem that the motor 501 cannot be driven with high efficiency.

モータを高効率で駆動するには、駆動巻線に流れる駆動電流の位相と誘起電圧の位相とを一致させることが必要である。   In order to drive the motor with high efficiency, it is necessary to match the phase of the drive current flowing in the drive winding with the phase of the induced voltage.

駆動巻線に流れる駆動電流は、駆動巻線に印加される駆動電圧から誘起電圧を差し引いた電圧を、駆動巻線のインピーダンスで除した値となる。ここで駆動巻線のインピーダンスはインダクタンス成分を有している。このため駆動電流の位相は駆動電圧の位相よりも遅れる。したがって、モータを高効率で駆動するためには、駆動電圧に対する駆動電流の位相遅れを考慮し、誘起電圧の位相と駆動電流の位相が一致するように、駆動電圧の位相を進める必要がある。   The drive current flowing in the drive winding is a value obtained by dividing the voltage obtained by subtracting the induced voltage from the drive voltage applied to the drive winding by the impedance of the drive winding. Here, the impedance of the drive winding has an inductance component. For this reason, the phase of the drive current is delayed from the phase of the drive voltage. Therefore, in order to drive the motor with high efficiency, it is necessary to advance the phase of the drive voltage so that the phase of the induced voltage and the phase of the drive current match in consideration of the phase delay of the drive current with respect to the drive voltage.

図５に示した従来技術によるモータ駆動装置は、各相駆動巻線５１１、５１３および５１５に印加する駆動電圧は正弦波状で、その大きさを制御信号ＶＳＰにより制御して速度制御できるものの、その位相を進めることができない。   In the motor driving device according to the prior art shown in FIG. 5, the driving voltage applied to each phase driving winding 511, 513 and 515 is sinusoidal, and the speed can be controlled by controlling the magnitude by the control signal VSP. The phase cannot be advanced.

その結果、図６に示すように例えば駆動巻線５１１の誘起電圧Ｕｅｍｆとこれに流れる駆動電流Ｉｕとの位相を一致させることができず、モータの駆動効率が低下するという課題を有している。   As a result, as shown in FIG. 6, for example, the phase of the induced voltage Uemf of the drive winding 511 and the drive current Iu flowing therethrough cannot be matched, and there is a problem that the drive efficiency of the motor is reduced. .

上記課題を解決するために本発明のモータ駆動装置は、可動子および三相駆動巻線を有するモータに内蔵または一体化され、前記モータを三相正弦波駆動するための波形信号を前記可動子の位置検出信号に基づく基準位相タイミングで生成する波形生成器と、前記波形信号に基づき前記三相駆動巻線に駆動電圧を印加するインバータと、第１および第２の制御信号が入力される１つ以上のモータ制御端子とを備え、前記第１および第２の制御信号は前記モータが搭載される機器から入力されるものであり、前記第１の制御信号により、前記インバータによる前記三相駆動巻線の駆動電圧の大きさを制御可能とし、前記第２の制御信号により、前記波形生成器による波形信号の位相タイミングを、前記可動子の位置検出信号に基づく基準位相タイミングより進相方向に制御可能とする構成としたものである。   In order to solve the above-described problems, a motor driving device of the present invention is built in or integrated with a motor having a mover and a three-phase drive winding, and a waveform signal for driving the motor with a three-phase sine wave is transmitted to the mover. A waveform generator that generates at a reference phase timing based on the position detection signal, an inverter that applies a drive voltage to the three-phase drive winding based on the waveform signal, and first and second control signals are input 1 Two or more motor control terminals, and the first and second control signals are input from a device on which the motor is mounted, and the three-phase drive by the inverter is performed by the first control signal. The magnitude of the drive voltage of the winding can be controlled, and the phase timing of the waveform signal by the waveform generator is determined by the second control signal based on the reference phase counter based on the position detection signal of the mover. It is obtained by a structure which allows control from timing in the phase advancing direction.

本発明は上記構成により、三相駆動巻線への正弦波状の駆動電圧の大きさを制御可能とする第１の制御信号に加えて、その駆動電圧の位相を進み方向に制御可能とする第２の制御信号を入力可能とすることで、駆動巻線の誘起電圧と駆動電流の位相を一致させることが可能となり、モータを低トルクリップル、低騒音、低振動で正弦波駆動することに加えて、高効率駆動も実現可能となる。   In the present invention, in addition to the first control signal for controlling the magnitude of the sinusoidal drive voltage to the three-phase drive winding, the drive voltage phase can be controlled in the advance direction. By enabling the control signal of 2 to be input, it is possible to match the phase of the induced voltage and drive current of the drive winding, and in addition to driving the motor with a sinusoidal wave with low torque ripple, low noise, and low vibration. Thus, highly efficient driving can be realized.

また、モータを正弦波駆動するための波形生成器およびインバータは、モータに内蔵または一体化し、モータを搭載する上位機器との制御インターフェイスを前記第１および第２の制御信号とすることで、小型で機器に組み込み易く、かつ機器からモータの速度と効
率を自在に制御できるようになる。これにより、上位機器が正弦波駆動モータによる高効率駆動系を容易に構築することできる。 In addition, the waveform generator and inverter for driving the motor in a sine wave are built in or integrated in the motor, and the control interface with the host device on which the motor is mounted is used as the first and second control signals, thereby reducing the size. Therefore, it is easy to incorporate into the equipment, and the speed and efficiency of the motor can be freely controlled from the equipment. Thereby, the host device can easily construct a high-efficiency drive system using a sine wave drive motor.

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は本発明の実施の形態１におけるモータ駆動装置の回路構成図、図２および図３は図１に示すモータ駆動装置の動作説明図である。   FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a motor drive device according to Embodiment 1 of the present invention, and FIGS. 2 and 3 are operation explanatory views of the motor drive device shown in FIG.

図１において、本実施の形態のモータ駆動装置１００は、インバータ２０および制御器３０を含む。   In FIG. 1, motor drive device 100 of the present embodiment includes an inverter 20 and a controller 30.

モータ駆動装置１００は、プリント配線板（図示せず）上に形成され、モータ１を構成する可動子（図示せず）および駆動巻線１１、１３および１５と共に、モータ１に内蔵または一体化される。   The motor drive device 100 is formed on a printed wiring board (not shown), and is built in or integrated with the motor 1 together with a mover (not shown) and drive windings 11, 13 and 15 that constitute the motor 1. The

また、モータ駆動装置１００は、モータ制御端子７および８を備える。制御端子７および８には、第１の制御信号ＶＳＰおよび第２の制御信号ＰＳが上位器６から入力される。上位器６は、モータ１およびモータ駆動装置１００が搭載される機器に備えられ、マイクロコンピュータあるいはＤＳＰなどで構成される。   The motor drive device 100 also includes motor control terminals 7 and 8. A first control signal VSP and a second control signal PS are input from the host device 6 to the control terminals 7 and 8. The host device 6 is provided in a device on which the motor 1 and the motor driving device 100 are mounted, and is configured by a microcomputer or a DSP.

インバータ２０は、モータ１の複数相（３相）の駆動巻線１１、１３および１５を正側電源線路１０１に電気的に接続する正側スイッチ素子２１、２３および２５を備える。また、インバータ２０は、複数相の駆動巻線１１、１３および１５を負側電源線路１０２に電気的に接続する負側スイッチ素子２２、２４および２６を備える。   The inverter 20 includes positive-side switch elements 21, 23, and 25 that electrically connect multiple-phase (three-phase) drive windings 11, 13, and 15 of the motor 1 to the positive-side power line 101. The inverter 20 includes negative-side switch elements 22, 24, and 26 that electrically connect the multiple-phase drive windings 11, 13, and 15 to the negative-side power supply line 102.

制御器３０は波形生成器３１を含む。波形生成器３１は、正側または負側スイッチ素子２１から２６のオン期間とオフ期間の比率信号を駆動巻線１１、１３および１５の波形信号として出力する。   The controller 30 includes a waveform generator 31. The waveform generator 31 outputs a ratio signal between the ON period and the OFF period of the positive side or negative side switching elements 21 to 26 as a waveform signal of the drive windings 11, 13, and 15.

制御器３０は、波形信号に応じて正側または負側スイッチ素子２１から２６のオン期間とオフ期間の比率信号をインバータ２０に出力する。これにより、インバータ２０は、インバータ２０の正側および負側スイッチ素子２１から２６が制御器３０からの制御信号に基づきオンまたはオフ動作され、各相の駆動巻線１１、１３および１５を正弦波状の交番電流で駆動する。   The controller 30 outputs to the inverter 20 a ratio signal between the ON period and the OFF period of the positive side or negative side switching elements 21 to 26 according to the waveform signal. Thus, in the inverter 20, the positive side and negative side switching elements 21 to 26 of the inverter 20 are turned on or off based on the control signal from the controller 30, and the drive windings 11, 13 and 15 of each phase are sine-wave shaped. Drive with alternating current.

図１を用いて、本実施の形態１のモータ駆動装置の構成についてさらに詳細に説明を加える。図１において、モータ１にはインバータ２０を介して直流電源５が接続される。より具体的には、直流電源５の正側電源線路１０１に正側スイッチ素子２１の第１端子に接続される。正側スイッチ素子２１の第２端子は負側スイッチ素子２２の第１端子が接続される。負側スイッチ素子２２の第２端子は直流電源５の負側電源線路１０２に接続される。正側スイッチ素子２１と負側スイッチ素子２２の共通接続点、すなわち正側スイッチ素子２１の第２端子と負側スイッチ素子２２の第１端子との接続点にモータ１のＵ相駆動巻線１１の第１端が接続される。   The configuration of the motor drive apparatus according to the first embodiment will be described in further detail with reference to FIG. In FIG. 1, a DC power source 5 is connected to the motor 1 via an inverter 20. More specifically, the positive power supply line 101 of the DC power supply 5 is connected to the first terminal of the positive switch element 21. The second terminal of the positive switch element 21 is connected to the first terminal of the negative switch element 22. The second terminal of the negative side switch element 22 is connected to the negative side power source line 102 of the DC power source 5. The U-phase drive winding 11 of the motor 1 is connected to a common connection point between the positive side switch element 21 and the negative side switch element 22, that is, a connection point between the second terminal of the positive side switch element 21 and the first terminal of the negative side switch element 22. Are connected at their first ends.

同様に、正側電源線路１０１に正側スイッチ素子２３の第１端子が接続される。正側スイッチ素子２３の第２端子は負側スイッチ素子２４の第１端子に接続される。負側スイッチ素子２４の第２端子は負側電源線路１０２に接続される。正側スイッチ素子２３と負側スイッチ素子２４の共通接続点、すなわち正側スイッチ素子２３の第２端子と負側スイッ
チ素子２４の第１端子との接続点にモータ１のＶ相駆動巻線１３の第１端が接続される。 Similarly, the first terminal of the positive switch element 23 is connected to the positive power supply line 101. The second terminal of the positive switch element 23 is connected to the first terminal of the negative switch element 24. A second terminal of the negative switch element 24 is connected to the negative power supply line 102. The V-phase drive winding 13 of the motor 1 is connected to a common connection point between the positive side switch element 23 and the negative side switch element 24, that is, a connection point between the second terminal of the positive side switch element 23 and the first terminal of the negative side switch element 24. Are connected at their first ends.

同様に、正側電源線路１０１に正側スイッチ素子２５の第１端子が接続される。正側スイッチ素子２５の第２端子は負側スイッチ素子２６の第１端子に接続される。負側スイッチ素子２６の第２端子は負側電源線路１０２に接続される。正側スイッチ素子２５と負側スイッチ素子２６の共通接続点、すなわち正側スイッチ素子２５の第２端子と負側スイッチ素子２６の第１端子との接続点にモータ１のＷ相駆動巻線１５の第１端が接続される。   Similarly, the first terminal of the positive switch element 25 is connected to the positive power supply line 101. The second terminal of the positive switch element 25 is connected to the first terminal of the negative switch element 26. A second terminal of the negative switch element 26 is connected to the negative power supply line 102. The W-phase drive winding 15 of the motor 1 is connected to a common connection point between the positive side switch element 25 and the negative side switch element 26, that is, a connection point between the second terminal of the positive side switch element 25 and the first terminal of the negative side switch element 26. Are connected at their first ends.

Ｕ相駆動巻線１１の第２端、Ｖ相駆動巻線１３の第２端およびＷ相駆動巻線１５の第２端は、互いに接続され中性点を構成している。   The second end of the U-phase drive winding 11, the second end of the V-phase drive winding 13, and the second end of the W-phase drive winding 15 are connected to each other to form a neutral point.

制御器３０は、正側スイッチ素子２１、２３および２５のそれぞれをオンまたはオフ動作させる制御信号ＵＨ、ＶＨおよびＷＨを、正側スイッチ素子２１、２３および２５のそれぞれの第３端子に対して出力する。また、制御器３０は、負側スイッチ素子２２、２４および２６のそれぞれをオンまたはオフ動作させる制御信号ＵＬ、ＶＬおよびＷＬを、負側スイッチ素子２２、２４および２６のそれぞれの第３端子に対して出力する。   The controller 30 outputs control signals UH, VH, and WH for turning on or off the positive-side switch elements 21, 23, and 25 to the third terminals of the positive-side switch elements 21, 23, and 25, respectively. To do. Further, the controller 30 sends control signals UL, VL and WL for turning on or off each of the negative side switch elements 22, 24 and 26 to the third terminals of the negative side switch elements 22, 24 and 26, respectively. Output.

制御器３０は、波形生成器３１の他に、さらにパルス幅変調器３２を含む。波形生成器３１は、駆動巻線１１、１３および１５の駆動電流波形が概略正弦波状となるように波形信号ＷＦをパルス幅変調器３２に対して出力する。   In addition to the waveform generator 31, the controller 30 further includes a pulse width modulator 32. The waveform generator 31 outputs a waveform signal WF to the pulse width modulator 32 so that the drive current waveforms of the drive windings 11, 13 and 15 are approximately sinusoidal.

上位器６は、第１の制御信号ＶＳＰを出力する。第１の制御信号ＶＳＰは、モータ駆動装置１００のモータ制御端子７に入力され、さらにパルス幅変調器３２に入力される。   The host unit 6 outputs the first control signal VSP. The first control signal VSP is input to the motor control terminal 7 of the motor driving apparatus 100 and further input to the pulse width modulator 32.

パルス幅変調器３２は、波形信号ＷＦと第１の制御信号ＶＳＰとを掛け合わせた後、キャリア信号ＣＹと比較することによってパルス幅変調を行う。そのパルス幅変調の結果を、制御器３０の制御信号ＵＨ、ＶＨ、ＷＨ、ＵＬ、ＶＬおよびＷＬとして、インバータ２０に対して出力する。   The pulse width modulator 32 performs pulse width modulation by multiplying the waveform signal WF and the first control signal VSP and then comparing them with the carrier signal CY. The result of the pulse width modulation is output to inverter 20 as control signals UH, VH, WH, UL, VL and WL of controller 30.

上位器６は、さらに第２の制御信号ＰＳを出力する。第２の制御信号ＰＳは、モータ駆動装置１００のモータ制御端子８に入力され、さらに波形生成器３１に入力される。   The host unit 6 further outputs a second control signal PS. The second control signal PS is input to the motor control terminal 8 of the motor driving device 100 and further input to the waveform generator 31.

波形生成器３１は、上記した波形信号ＷＦの位相を、第２の制御信号ＰＳに応じて進め、パルス幅変調器３２に対して出力する。   The waveform generator 31 advances the phase of the waveform signal WF described above in accordance with the second control signal PS and outputs it to the pulse width modulator 32.

モータ駆動装置１００は、速度検出器４０をさらに含む。速度検出器４０は、モータ１の可動子の速度検出信号ＦＧを、端子９を介して上位器６に出力する。   The motor driving device 100 further includes a speed detector 40. The speed detector 40 outputs a speed detection signal FG of the mover of the motor 1 to the host unit 6 via the terminal 9.

以上のように構成された本実施の形態１におけるモータ駆動装置１００について、次にその動作を説明する。図２は図１に示す本実施の形態１におけるモータ駆動装置１００の動作説明図である。図２において、三角波状の信号ＣＹはパルス幅変調器３２の内部に存在するＰＷＭキャリア信号である。   Next, the operation of the motor driving apparatus 100 according to the first embodiment configured as described above will be described. FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of the motor driving apparatus 100 according to the first embodiment shown in FIG. In FIG. 2, a triangular wave signal CY is a PWM carrier signal existing inside the pulse width modulator 32.

通常、キャリア信号ＣＹは、モータ１の回転による電気角周期よりも十分に高い周波数に設定されるが、図２においては説明の便宜上、比較的低い周波数で記している。   Usually, the carrier signal CY is set to a frequency sufficiently higher than the electrical angular period due to the rotation of the motor 1, but in FIG. 2, it is shown at a relatively low frequency for convenience of explanation.

波形生成器３１は、モータ１の回転位置に応じて正弦波状の波形信号ＷＦを生成する。その正弦波状の波形信号ＷＦが、パルス幅変調器３２によってキャリア信号ＣＹと電圧比較され、波形信号ＷＦに応じてパルス幅が変化するパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）が生成される。そして、そのパルス幅変調信号に応じてインバータ２０の正側スイッチ素子２
１と負側スイッチ素子２２のうちいずれかをオン、オフする。その結果、図２で示される駆動電圧Ｕがインバータ２０から出力され、Ｕ相駆動巻線１１に印加される。 The waveform generator 31 generates a sinusoidal waveform signal WF according to the rotational position of the motor 1. The sinusoidal waveform signal WF is voltage-compared with the carrier signal CY by the pulse width modulator 32, and a pulse width modulation signal (PWM signal) whose pulse width changes according to the waveform signal WF is generated. Then, in accordance with the pulse width modulation signal, the positive side switching element 2 of the inverter 20
1 and the negative side switch element 22 are turned on and off. As a result, the drive voltage U shown in FIG. 2 is output from the inverter 20 and applied to the U-phase drive winding 11.

駆動電圧Ｕは、瞬時的には直流電源５の正側電圧と負側電圧との間を交互に変化する電圧であるが、パルス幅変調の原理から、平均値的には波形信号ＷＦに応じた正弦波状の電圧となり、Ｕ相駆動巻線１１には波形信号ＷＦと同様の正弦波状の電圧が印加される。   The driving voltage U is a voltage that instantaneously alternates between a positive side voltage and a negative side voltage of the DC power supply 5, but in accordance with the principle of pulse width modulation, the average value depends on the waveform signal WF. A sinusoidal voltage similar to the waveform signal WF is applied to the U-phase drive winding 11.

上記の説明においては、Ｕ相駆動巻線１１について説明してきたが、Ｖ相駆動巻線１３およびＷ相駆動巻線１５に対しても、Ｕ相駆動巻線１１と同様にして、それぞれインバータ２０からの駆動電圧Ｖおよび駆動電圧Ｗにより正弦波状の電圧が印加される。   In the above description, the U-phase drive winding 11 has been described, but the V-phase drive winding 13 and the W-phase drive winding 15 are also respectively connected to the inverter 20 in the same manner as the U-phase drive winding 11. A sinusoidal voltage is applied by the drive voltage V and the drive voltage W.

ここで、各相駆動巻線１１、１３および１５に印加される各相駆動電圧Ｕ、ＶおよびＷは互いに電気角１２０度の位相差を有する。これは、Ｖ相駆動巻線１３に対しては、Ｕ相の波形信号ＷＦと互いに電気角１２０度の位相差をもつ正弦波状のＶ相の波形信号と、キャリア信号ＣＹとの比較結果に応じて、インバータ２０のスイッチ素子２３および２４をオン、オフ動作することで実現される。また、Ｗ相駆動巻線１５に対しては、Ｕ相の波形信号およびＶ相の波形信号と互いに電気角１２０度ずつ位相差をもつ正弦波状のＷ相の波形信号とキャリア信号ＣＹとの比較結果に応じて、インバータ２０のスイッチ素子２５および２６をオン、オフ動作することで実現される。   Here, the phase drive voltages U, V, and W applied to the phase drive windings 11, 13, and 15 have a phase difference of an electrical angle of 120 degrees. This corresponds to a comparison result between the U-phase waveform signal WF and the sinusoidal V-phase waveform signal having a phase difference of 120 degrees with respect to the V-phase drive winding 13 and the carrier signal CY. Thus, the switching elements 23 and 24 of the inverter 20 are turned on and off. For the W-phase driving winding 15, a comparison between the U-phase waveform signal and the V-phase waveform signal and the carrier signal CY is a sinusoidal W-phase waveform signal having a phase difference of 120 degrees from each other. Depending on the result, the switching elements 25 and 26 of the inverter 20 are turned on and off.

以上のようにして、各駆動巻線１１、１３および１５に正弦波状の電圧が印加され、各駆動巻線１１、１３および１５は正弦波状の交番電流にて駆動される。   As described above, sinusoidal voltages are applied to the drive windings 11, 13 and 15, and the drive windings 11, 13 and 15 are driven by sinusoidal alternating current.

ここで、上位器６から入力される第１の制御信号ＶＳＰおよび第２の制御信号ＰＳによって各駆動巻線１１、１３および１５に印加される正弦波状の電圧の大きさと位相が制御される動作について、図３を用いて説明する。説明の便宜上、Ｕ相について説明するが、Ｖ相およびＷ相についても同様である。   Here, the magnitude and phase of the sinusoidal voltage applied to the drive windings 11, 13 and 15 are controlled by the first control signal VSP and the second control signal PS input from the host unit 6. Will be described with reference to FIG. For convenience of explanation, the U phase will be described, but the same applies to the V phase and the W phase.

上位器６から出力される第１の制御信号ＶＳＰは、モータ駆動装置１００のモータ制御端子７を介してパルス幅変調器３２に入力される。パルス幅変調器３２は、波形生成器３１が出力する正弦波状の波形信号ＷＦの大きさ（波高値）を制御信号ＶＳＰに対応させてキャリア信号ＣＹと比較し、パルス幅変調を行う。これにより、Ｕ相駆動巻線１１には、大きさが第１の制御信号ＶＳＰによって制御可能な正弦波状の駆動電圧を印加することができる。   The first control signal VSP output from the host device 6 is input to the pulse width modulator 32 via the motor control terminal 7 of the motor driving device 100. The pulse width modulator 32 performs pulse width modulation by comparing the magnitude (peak value) of the sinusoidal waveform signal WF output from the waveform generator 31 with the carrier signal CY in correspondence with the control signal VSP. As a result, a sinusoidal drive voltage whose magnitude can be controlled by the first control signal VSP can be applied to the U-phase drive winding 11.

第１の制御信号ＶＳＰは、上位器６がモータ１の速度を制御することを可能とする。これは、モータ駆動装置１００から出力される速度検出器４０の速度検出信号ＦＧが所望の値となるように、上位器６が制御信号ＶＳＰを調整することで実現される。   The first control signal VSP enables the host device 6 to control the speed of the motor 1. This is realized by the host unit 6 adjusting the control signal VSP so that the speed detection signal FG of the speed detector 40 output from the motor driving device 100 has a desired value.

上位器６から出力される第２の制御信号ＰＳは、モータ駆動装置１００のモータ制御端子８を介して波形生成器３１に入力される。波形生成器３１は、モータ１の可動子位置に応じて生成される波形信号ＷＦの位相を、制御信号ＰＳに応じて進め、パルス幅変調器３２に対して出力する。   The second control signal PS output from the host device 6 is input to the waveform generator 31 via the motor control terminal 8 of the motor driving device 100. The waveform generator 31 advances the phase of the waveform signal WF generated according to the mover position of the motor 1 according to the control signal PS, and outputs it to the pulse width modulator 32.

ここで、モータの可動子位置検出には、ブラシレスＤＣモータの場合、ホール効果を利用したホールセンサーを用いる方法や、駆動巻線に発生する誘起電圧あるいは駆動巻線電流を利用する方法などがある。   Here, in the case of a brushless DC motor, there are a method of using a Hall sensor using the Hall effect, a method of using an induced voltage or a drive winding current generated in the drive winding, etc. .

図１における位置検出信号ＣＳは、これらいずれかの方法で検出された信号であり、波形生成器３１は、この信号ＣＳに基づく位相を基準位相タイミングとして波形信号ＷＦを
生成する。なお、位置検出信号ＣＳは、可動子に組み込まれたマグネットの磁極位置を検出するものであるため、駆動巻線が発生する誘起電圧との位相関係は一義的に定まったものとなる。本実施の形態においては、図３に示すように、基準位相タイミングを駆動巻線１１に発生する誘起電圧Ｕｅｍｆのゼロクロスタイミングとしている。 The position detection signal CS in FIG. 1 is a signal detected by any one of these methods, and the waveform generator 31 generates the waveform signal WF using the phase based on the signal CS as a reference phase timing. Since the position detection signal CS detects the magnetic pole position of the magnet incorporated in the mover, the phase relationship with the induced voltage generated by the drive winding is uniquely determined. In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the reference phase timing is the zero cross timing of the induced voltage Uemf generated in the drive winding 11.

波形生成器３１は、上記基準位相タイミングに応じて生成される波形信号ＷＦの位相を、第２の制御信号ＰＳに応じて進め、パルス幅変調器３２に対して出力する。これにより、Ｕ相駆動巻線１１には、位相が第２の制御信号ＰＳによって制御可能な正弦波状の駆動電圧を印加することができる。   The waveform generator 31 advances the phase of the waveform signal WF generated in accordance with the reference phase timing in accordance with the second control signal PS and outputs it to the pulse width modulator 32. As a result, a sinusoidal drive voltage whose phase can be controlled by the second control signal PS can be applied to the U-phase drive winding 11.

第２の制御信号ＰＳは、上位器６がモータ１の効率を最も高効率に制御することを可能とする。これは、駆動巻線が有するインダクタンス成分により発生する駆動電圧Ｕの平均値（波形信号ＷＦに相当）に対する駆動電流Ｉｕの位相遅れを見込み、上位器６が第２の制御信号ＰＳを調整し、駆動巻線の誘起電圧Ｕｅｍｆと駆動電流Ｉｕとの位相差がゼロとなるように、波形信号ＷＦの位相を進めることで実現される。   The second control signal PS enables the host device 6 to control the efficiency of the motor 1 with the highest efficiency. This is because the phase delay of the drive current Iu with respect to the average value of the drive voltage U generated by the inductance component of the drive winding (corresponding to the waveform signal WF) is expected, and the host unit 6 adjusts the second control signal PS, This is realized by advancing the phase of the waveform signal WF so that the phase difference between the induced voltage Uemf of the drive winding and the drive current Iu becomes zero.

このことは、上記説明したＵ相駆動巻線１１だけではなく、Ｖ相駆動巻線１３およびＷ相駆動巻線１５についても同様のことが言える。   The same can be said for the V-phase drive winding 13 and the W-phase drive winding 15 as well as the U-phase drive winding 11 described above.

以上のように本実施の形態のモータ制御装置においては、第１の制御信号ＶＳＰにより大きさが制御可能で、第２の制御信号ＰＳにより位相が制御可能な正弦波状の駆動電圧をモータ１の各相駆動巻線１１、１３および１５に印加することができる。これにより、低トルクリップル、低騒音、低振動な正弦波駆動によりモータ１を自在に速度制御できると同時に、駆動巻線の誘起電圧と駆動電流の位相を一致させて高効率で駆動することが可能となる。   As described above, in the motor control device according to the present embodiment, the magnitude of the sine wave that can be controlled by the first control signal VSP and whose phase can be controlled by the second control signal PS is applied to the motor 1. It can be applied to each phase drive winding 11, 13 and 15. Thus, the speed of the motor 1 can be freely controlled by a sine wave drive with low torque ripple, low noise, and low vibration, and at the same time, the induced voltage of the drive winding and the phase of the drive current can be matched to drive with high efficiency. It becomes possible.

また、モータ１を正弦波駆動するための波形生成器３１およびインバータ２０は、モータ１に内蔵または一体化し、モータ１およびモータ駆動装置１００を搭載する上位機器との制御インターフェイスを第１および第２の制御信号ＶＳＰおよびＰＳとすることで、小型で機器に組み込み易く、かつ機器からモータの速度と効率を自在に制御できるようになる。これにより、上位機器が正弦波駆動モータによる高効率駆動系を容易に構築することできる。   The waveform generator 31 and the inverter 20 for driving the motor 1 in a sine wave are built in or integrated with the motor 1, and control interfaces with a host device on which the motor 1 and the motor driving device 100 are mounted are first and second. By using the control signals VSP and PS, it is small and easy to incorporate in the equipment, and the speed and efficiency of the motor can be freely controlled from the equipment. Thereby, the host device can easily construct a high-efficiency drive system using a sine wave drive motor.

なお、上位器６から入力される第１の制御信号ＶＳＰおよび第２の制御信号ＰＳは、アナログ電圧信号、ＰＷＭ（パルス幅変調）信号あるいは通信による信号のいずれの形式の信号であっても構わないことは言うまでもない。   Note that the first control signal VSP and the second control signal PS input from the host device 6 may be analog voltage signals, PWM (pulse width modulation) signals, or signals in communication. It goes without saying that there is nothing.

図４は本発明の実施の形態２におけるモータ駆動装置の動作波形図である。   FIG. 4 is an operation waveform diagram of the motor drive device according to the second embodiment of the present invention.

インバータ２０から出力される駆動電圧Ｕの平均値（波形信号ＷＦに相当）は、正弦波状の波形に限る必要はなく、結果としてモータ１の各相駆動巻線１１、１３および１５の第１端同士の間の電圧、または各相駆動巻線１１、１３および１５の第１端と中性点との間の電圧が正弦波状であれば、モータ１を正弦波駆動することは可能である。   The average value (corresponding to the waveform signal WF) of the drive voltage U output from the inverter 20 need not be limited to a sinusoidal waveform, and as a result, the first end of each phase drive winding 11, 13 and 15 of the motor 1. If the voltage between each other or the voltage between the first end of each phase drive winding 11, 13 and 15 and the neutral point is sinusoidal, the motor 1 can be sinusoidally driven.

例えば、図４に示すような波形信号ＷＦをパルス幅変調してインバータ２０から駆動電圧Ｕを出力しても構わない。   For example, the waveform signal WF as shown in FIG. 4 may be subjected to pulse width modulation and the drive voltage U may be output from the inverter 20.

この場合、各相駆動巻線１１、１３および１５の第１端と中性点との間は、図４に示す波形Ｆのような正弦波状の波形となり、モータは先の実施の形態１と同様、正弦波駆動さ
れる。 In this case, a sinusoidal waveform such as the waveform F shown in FIG. 4 is formed between the first end of each phase drive winding 11, 13, and 15 and the neutral point, and the motor is the same as in the first embodiment. Similarly, it is driven by a sine wave.

図４に示すような波形信号ＷＦを用いた場合においても、上記実施の形態１に示したものと同様の効果が得られる。   Even when the waveform signal WF as shown in FIG. 4 is used, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.

本発明のモータの駆動装置は、モータを正弦波駆動するために必要な波形生成器およびインバータをモータに内蔵または一体化し、モータおよびモータ駆動装置を搭載する上位機器との制御インターフェイスを第１および第２の制御信号としている。ここで、第１の制御信号により駆動巻線に印加する正弦波状の駆動電圧の大きさを制御可能とし、第２の制御信号により駆動巻線に印加する正弦波状の駆動電圧の位相を制御可能としている。   The motor drive device of the present invention includes a waveform generator and an inverter necessary for driving the motor in a sine wave, or built in or integrated with the motor, and has a control interface with the motor and the host device on which the motor drive device is mounted. The second control signal is used. Here, the magnitude of the sinusoidal drive voltage applied to the drive winding can be controlled by the first control signal, and the phase of the sinusoidal drive voltage applied to the drive winding can be controlled by the second control signal. It is said.

これにより、機器に組み込み易く、モータの速度と効率を自在に制御でき、上位機器が正弦波駆動モータによる高効率駆動系を容易に構築することできる。   As a result, it is easy to incorporate into a device, the speed and efficiency of the motor can be freely controlled, and the host device can easily construct a high-efficiency drive system using a sine wave drive motor.

したがって、低振動低騒音かつ高効率が要求される空調機器用のファンモータ駆動や燃焼用ファンモータを搭載した給湯機、空気清浄機、冷蔵庫、洗濯機などの家電機器、あるいは、プリンタ、複写機、スキャナー、ファックス、またはこれらの複合機器、また、ハードディスク、光メディア機器などの情報機器などに使用されるモータの駆動に好適である。   Therefore, household appliances such as water heaters, air purifiers, refrigerators and washing machines equipped with fan motor drives and combustion fan motors for air conditioners that require low vibration, low noise, and high efficiency, or printers and copiers It is suitable for driving a motor used in a scanner, a fax machine, or a combination of these, or an information device such as a hard disk or an optical media device.

本発明の実施例１におけるモータ駆動装置の回路構成図1 is a circuit configuration diagram of a motor drive device according to a first embodiment of the present invention. 図１に示すモータ駆動装置の動作説明図Operation explanatory diagram of the motor drive device shown in FIG. 図１に示すモータ駆動装置において、第１および第２の制御信号により駆動巻線に印加される正弦波状の電圧の大きさと位相が制御される場合の動作説明図In the motor drive device shown in FIG. 1, an operation explanatory diagram when the magnitude and phase of a sinusoidal voltage applied to the drive winding are controlled by the first and second control signals. 本発明の実施例２における動作波形図Operation waveform diagram in Embodiment 2 of the present invention 従来技術のモータの駆動装置における回路構成図Circuit configuration diagram of prior art motor drive device 図５に示すモータ駆動装置の動作説明図Operation explanatory diagram of the motor drive device shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１ モータ
１１、１３、１５ 駆動巻線
５ 直流電源
６ 上位器
７ 第１の制御信号を入力するモータ制御端子
８ 第２の制御信号を入力するモータ制御端子
２０ インバータ
２１、２３、２５ 正側スイッチ素子
２２、２４、２６ 負側スイッチ素子
３０ 制御器
３１ 波形生成器
３２ パルス幅変調器
４０ 速度検出器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Motor 11, 13, 15 Drive winding 5 DC power supply 6 Host device 7 Motor control terminal which inputs 1st control signal 8 Motor control terminal which inputs 2nd control signal 20 Inverter 21, 23, 25 Positive side switch Element 22, 24, 26 Negative side switch element 30 Controller 31 Waveform generator 32 Pulse width modulator 40 Speed detector

Claims (1)

可動子および三相駆動巻線を有するモータに内蔵または一体化され、前記モータを三相正弦波駆動するための波形信号を前記可動子の位置検出信号に基づく基準位相タイミングで生成する波形生成器と、前記波形信号に基づく駆動電圧を前記三相駆動巻線に印加するインバータと、第１および第２の制御信号が入力される１つ以上のモータ制御端子とを備え、前記第１および第２の制御信号は前記モータが搭載される機器から入力されるものであり、前記第１の制御信号により、前記三相駆動巻線の駆動電圧の大きさを制御可能とし、前記第２の制御信号により、前記波形生成器が生成する波形信号の位相タイミングを、前記基準位相タイミングより進相方向に制御可能としたモータ駆動装置。

A waveform generator built in or integrated with a motor having a mover and a three-phase drive winding and generating a waveform signal for driving the motor with a three-phase sine wave at a reference phase timing based on a position detection signal of the mover An inverter that applies a drive voltage based on the waveform signal to the three-phase drive winding, and one or more motor control terminals to which the first and second control signals are input, the first and first The control signal 2 is input from a device on which the motor is mounted, and the magnitude of the drive voltage of the three-phase drive winding can be controlled by the first control signal, and the second control A motor driving device that can control a phase timing of a waveform signal generated by the waveform generator in a phase advance direction from the reference phase timing by a signal.