JP2013048530A - モータ駆動装置及びこれを備えたポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】高速で細かな回転数制御ができる上にスイッチングロスを低減することができるものとする。
【解決手段】モータ出力レベルについての指示が入力される指示入力部２と、前記指示入力部に入力された指示入力に応じて出力される信号レベルに応じてモータ電圧を制御するモータ電圧制御部４０と、前記指示入力部から出力される信号レベルに応じて前記モータの動作をＰＷＭ制御するモータ制御部６とを有する。上記モータ電圧制御部４０はＰＷＭ制御のデューティ比が所定の値以下となるときにモータ電圧を下げる。
【選択図】図１

Description

本発明はモータ駆動装置及びこれを備えたポンプに関するものである。

ポンプ駆動用のモータとして、速度指令値と回転数フィードバック値とが追従するように、要求される出力能力が小さいときはＰＷＭ制御を行い、要求される出力能力が大きいときはＰＡＭ制御を行うモータ駆動装置が特許文献１に示されている。ＰＡＭ制御とＰＷＭ制御とを使い分けることから、昇圧回路のスイッチングロスやインバータのスイッチングロスを小さくすることができる。

しかし、高出力時の回転数制御がＰＡＭ制御のみで行われるために、高速で細かな回転数制御ができないという問題を有しており、またＰＷＭ制御時のスイッチングロスが大きいという問題を有している。

特開平6−105563

本発明はこのような点に鑑みなされたもので、高速で細かな回転数制御ができる上にスイッチングロスを低減することができるモータ駆動装置及びこれを備えたポンプを提供することを課題とする。

本発明は、モータ出力レベルについての指示が入力される指示入力部と、前記指示入力部に入力された指示入力に応じて出力される信号レベルに応じてモータ電圧を制御するモータ電圧制御部と、前記指示入力部から出力される信号レベルに応じて前記モータの動作をＰＷＭ制御するモータ制御部とを有するモータ駆動装置であって、上記モータ電圧制御部はＰＷＭ制御のデューティ比が所定の値以下となるときにモータ電圧を下げることに特徴を有している。

上記モータ電圧制御部は、指示入力に応じた複数段のモータ電圧を持ち、最低モータ電圧印加時を除くモータ電圧印加時において、ＰＷＭ制御のデューティ比を所定の値以上とするものが好ましい。

また、指示入力に応じた複数段のモータ電圧が等比数列であったり、指示入力に応じて複数段のモータ電圧を切り替える信号によって指示電圧を所定の分圧比にて分圧することが好ましい。

指示入力はＤＣ電圧、もしくはＰＷＭ信号を平滑してＤＣ化した電圧であることも好ましい。

そして本発明に係るポンプは、上記モータ駆動装置を動力源として備えていることに特徴を有している。

本発明においては、ＰＷＭ制御を行うために、高出力時において高速で細やかな回転数制御を行うことができるものであり、しかも低出力時においてはモータ電圧を下げるために、ＰＷＭ制御において低出力時に問題となるスイッチングロスを低減することができる。

本発明の実施の形態の一例のブロック回路図である。 同上の動作を示すフローチャートである。 同上の動作説明図である。 同上のモータ駆動装置を備えたポンプの斜視図である。

以下、本発明を図示の実施の形態の一例に基づいて詳述すると、図１に示すモータ駆動装置は、モータ７の出力レベル指示が入力される指示入力部２と、指示入力部２から出力された指示電圧と既定の電圧値とを比較して出力するモータ電圧閾値判定回路３（３１，３２，３３）と、モータ電圧閾値判定回路３からの出力の組み合わせで出力信号を作成するモータ電圧指示部４と、モータ電圧指示部４から作成される出力信号により決定されるモータ電圧を作成してモータに印加するモータ電圧制御部４０と、モータ電圧閾値判定回路３からの出力の組み合わせでＰＷＭ制御のＤｕｔｙ比を決定するための指示電圧を作成するＤｕｔｙ比指示部５と、Ｄｕｔｙ比指示部５から出力される電圧によりＤｕｔｙ比を決定してモータ７のＰＷＭ制御を行うモータ制御部６と、モータ制御部６によって回転制御されるポンプ駆動用モータ７とからなる。

指示入力部２に入力された出力レベル指示電圧は、抵抗Ｒ１，Ｒ２により分圧された後、コンデンサＣ１にて平滑されてモータ電圧閾値判定回路３に伝えられる。指示入力部２に入力される信号がＰＷＭ信号である場合も、抵抗Ｒ１，Ｒ２により分圧された後、コンデンサＣ１にて平滑してＤＣ化された指示電圧となる。

モータ７に対して最大出力を要求し、その後、徐々にモータ出力を下げていくときの場合の動作について説明すると、最大指示電圧値である指示電圧ａが指示入力部２に入力されたとき、モータ電圧閾値判定回路３１，３２，３３内の全てのオペアンプＯＰ１〜ＯＰ３の−入力端子電圧よりも＋端子入力電圧が大きくなり、モータ電圧閾値判定回路３１，３２，３３内の全てのオペアンプＯＰ１〜ＯＰ３の出力がＨとなる。このためにモータ電圧指示部４内のトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ３が全てＯＮとなり、抵抗Ｒ３〜Ｒ５が全てＧＮＤと接続され、モータ電圧制御部４０のトランジスタＴｒ４のベース端子には抵抗Ｒ３〜Ｒ８の分圧比による電圧が抵抗Ｒ３〜Ｒ８，Ｒ９とコンデンサＣ２による時定数で平滑されて入力される。

この分圧比で決定される所定のモータ電圧値Ｖａとなるべくモータ電圧制御部４０ではトランジスタＴｒ４がＯＮし、フォトカプラＰＣ１が発光することでスイッチング電源に信号をフィードバックし、所定のモータ電圧Ｖａがモータ７に印加される。

また、モータ電圧閾値判定回路３１，３２，３３の各オペアンプＯＰ１〜ＯＰ３の出力端に接続されたＤｕｔｙ比指示部５内のトランジスタＴｒ５〜Ｔｒ７も全てＯＮとなり、抵抗Ｒ１０〜Ｒ１２が全てＧＮＤと接続されることから、Ｄｕｔｙ比指示部５に入力された出力指示電圧ａは抵抗Ｒ１０〜Ｒ１７による分圧比によって分圧された後、抵抗Ｒ１０〜Ｒ１７，Ｒ１８とコンデンサＣ３とによる時定数で平滑されてモータ制御部６へＤｕｔｙ比指示電圧ａとして出力され、Ｄｕｔｙ比指示電圧ａに対応したＤｕｔｙ比ａによるＰＷＭ制御がモータ７になされることから、ポンプは図２に示すポンプ性能曲線ａ上にて稼働する。

このとき各モータ電圧閾値判定回路３１，３２，３３にあるトランジスタＴｒ８〜Ｔｒ１０は全てＯＮしており、各トランジスタＴｒ８〜Ｔｒ１０のコレクタとオペアンプＯＰ１〜ＯＰ３の−入力端子間に接続された抵抗Ｒ１９〜Ｒ２１がＧＮＤと接続される。このために各オペアンプＯＰ１〜ＯＰ３の−入力端子には抵抗Ｒ１９〜Ｒ２１を含めた分圧抵抗による分圧値が入力され、各オペアンプＯＰ１〜ＯＰ３の−入力端子電圧が下がるので、各オペアンプＯＰ１〜ＯＰ３の＋入力端子に対してヒステリシスを設けることができ、各オペアンプＯＰ１〜ＯＰ３出力のチャタリングを防止できる。

指示電圧が指示電圧ａから下がって指示電圧ａａとなったとき、指示電圧ａａは抵抗Ｒ１０〜Ｒ１７による分圧比によって分圧された後、抵抗Ｒ１０〜Ｒ１８とコンデンサＣ３とによる時定数で平滑されて、Ｄｕｔｙ比指示電圧ａａとしてモータ制御部６へと出力され、Ｄｕｔｙ比指示電圧ａａに対応したＤｕｔｙ比ａａによるＰＷＭ制御がモータになされる。このとき、ポンプはポンプ性能曲線領域ａａの範囲にて運転する。

次に指示電圧がさらに下がって指示電圧ｂとなれば、モータ電圧閾値判定回路３１内のオペアンプＯＰ１の−入力端子電圧よりも＋端子入力電圧が小さくなり、モータ電圧閾値判定回路３１内のオペアンプＯＰ１の出力がＬとなる。よってモータ電圧指示部４内のトランジスタＴｒ１がＯＦＦとなり、抵抗Ｒ３がＧＮＤと非接続となり、モータ電圧制御部４０のトランジスタＴｒ４のベース端子には、抵抗Ｒ３〜Ｒ８の分圧比よりも大きい分圧比である抵抗Ｒ４〜Ｒ８の分圧比による電圧が、抵抗Ｒ４〜Ｒ９とコンデンサＣ２による時定数で平滑されて入力される。

このために、モータ電圧制御部４０はモータ電圧値Ｖａよりも小さい所定のモータ電圧値ＶｂとなるようにトランジスタＴｒ４がＯＮしてフォトカプラＰＣ１を発光させることでスイッチング電源に信号をフィードバックし、所定のモータ電圧Ｖｂをモータ７に印加する。

また、オペアンプＯＰ１の出力端に接続されたＤｕｔｙ比指示部５内のトランジスタＴｒ５もＯＦＦとなり、抵抗Ｒ１０がＧＮＤと非接続となるために、Ｄｕｔｙ比指示部５に入力された指示電圧ｂは抵抗Ｒ１１〜Ｒ１６による分圧比によって分圧された後、抵抗Ｒ１１〜Ｒ１７，Ｒ１８とコンデンサＣ３とによる時定数で平滑されて、Ｄｕｔｙ比指示電圧ｂとしてモータ制御部６へと出力され、Ｄｕｔｙ比指示電圧ｂに対応したＤｕｔｙ比ｂによるＰＷＭ制御がモータ７になされ、ポンプはポンプ性能曲線ｂ上にて運転する。

このときモータ電圧閾値判定回路３１にあるトランジスタＴｒ８がＯＦＦし、トランジスタＴｒ８のコレクタとオペアンプＯＰ１の−入力端子間に接続された抵抗Ｒ１９がＧＮＤと非接続となる。オペアンプＯＰ１の−入力端子には抵抗Ｒ２２、Ｒ２３の分圧による分圧値が入力されるため、オペアンプＯＰ１の−入力端子電圧が上昇するので、オペアンプＯＰ１の＋入力端子に対してヒステリシスを設けることができ、オペアンプＯＰ１出力のチャタリングを防止できる。

指示電圧が指示電圧ｂからさらに下がって指示電圧ｂａとなったとき、指示電圧ｂａは抵抗Ｒ１１〜Ｒ１６による分圧比によって分圧された後、抵抗Ｒ１１〜Ｒ１７，Ｒ１８とコンデンサＣ３とによる時定数で平滑されて、Ｄｕｔｙ比指示電圧ｂａとしてモータ制御部６へと出力され、Ｄｕｔｙ比指示電圧ｂａに対応したＤｕｔｙ比ｂａによるＰＷＭ制御がモータ７になされ、ポンプはポンプ性能曲線領域ｂａの範囲にて運転される。

以下、指示電圧が指示電圧ｂａより低い指示電圧ｃ、指示電圧ｃより低い指示電圧ｃａ、指示電圧ｃａより低い指示電圧ｄ、指示電圧ｄより低い指示電圧ｄａへと下がっていくにしたがって、オペアンプＯＰ２、オペアンプＯＰ３の出力が順次Ｌとなり、トランジスタＴｒ２、トランジスタＴｒ３が順次ＯＦＦされて抵抗Ｒ４，抵抗Ｒ５が順次ＧＮＤと非接続となり、モータ電圧制御部４０内のトランジスタＴｒ４のベース端子に加わる電圧の分圧比も順次大きくなり、モータ電圧Ｖｂよりも低いモータ電圧Ｖｃ、モータ電圧Ｖｃよりも低いモータ電圧Ｖｄが順次モータ７に印加される。

Ｄｕｔｙ比指示部５のトランジスタＴｒ６、トランジスタＴｒ７も指示電圧の低下に従って順次ＯＦＦされて抵抗Ｒ１１、抵抗Ｒ１２も順次ＧＮＤと非接続となり、トランジスタＴｒ６がＯＦＦすれば、指示電圧ｃ及び指示電圧ｃａは抵抗Ｒ１２〜Ｒ１５による分圧比によって分圧された後、抵抗Ｒ１２〜Ｒ１７，Ｒ１８とコンデンサＣ３とによる時定数で平滑されて、Ｄｕｔｙ比指示電圧ｃ及びＤｕｔｙ比指示電圧ｃよりも低いＤｕｔｙ比指示電圧ｃａとしてモータ制御部６に出力され、Ｄｕｔｙ比指示電圧ｃに対応したＤｕｔｙ比ｃ及びＤｕｔｙ比ｃよりも低いＤｕｔｙ比ｃａによるＰＷＭ制御がモータ７になされ、ポンプはポンプ性能曲線ｃ及びポンプ性能曲線領域ｃａにて運転される。

トランジスタＴｒ７がＯＦＦすれば、指示電圧ｃａよりも低い指示電圧ｄ及び指示電圧ｄａは抵抗Ｒ１３、Ｒ１４による分圧比によって分圧された後、抵抗Ｒ１３〜Ｒ１７，Ｒ１８とコンデンサＣ３とによる時定数で平滑されて、Ｄｕｔｙ比指示電圧ｄ及びＤｕｔｙ比指示電圧ｄよりも低いＤｕｔｙ比指示電圧ｄａとしてモータ制御部６へ出力され、Ｄｕｔｙ比指示電圧ｄに対応したＤｕｔｙ比ｄ及びＤｕｔｙ比ｄよりも低いＤｕｔｙ比ｄａによるＰＷＭ制御がモータ７になされ、ポンプはポンプ性能曲線ｄ及びポンプ性能曲線領域ｄａにて運転される。

次に、指示電圧が０Ｖの状態からモータ７に対して最小出力要求があり、この後、徐々に指示電圧を上げてモータ出力を上げていくときについて説明すると、最小指示電圧値である指示電圧０Ｖが指示入力部２に入力されたとき、モータ電圧閾値判定回路３１，３２，３３内の全てのオペアンプＯＰ１〜ＯＰ３の−入力端子電圧よりも＋端子入力電圧が小さくなり、モータ電圧閾値判定回路３１，３２，３３内の全てのオペアンプＯＰ１〜ＯＰ３の出力がＬとなる。このためにモータ電圧指示部４内のトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ３が全てＯＦＦとなり、抵抗Ｒ３〜Ｒ５が全てＧＮＤと非接続となることから、モータ電圧制御部４０のトランジスタＴｒ４のベース端子には、抵抗Ｒ６〜Ｒ８の分圧比による電圧が抵抗Ｒ６〜Ｒ９とコンデンサＣ２による時定数で平滑されて入力される。このためにモータ電圧制御部４０は上記分圧比で決定される所定のモータ電圧値ＶｄとなるようにトランジスタＴｒ４をＯＮしてフォトカプラＰＣ１を発光させることでスイッチング電源に信号をフィードバックし、所定のモータ電圧Ｖｄをモータ７に印加する。

これと同時に各オペアンプＯＰ１〜ＯＰ３の出力端に接続されたＤｕｔｙ比指示部５内のトランジスタＴｒ５〜Ｔｒ７も全てＯＦＦとなり、抵抗Ｒ１０〜Ｒ１２が全てＧＮＤと非接続となる。従ってＤｕｔｙ比指示部５に入力された指示電圧０Ｖは抵抗Ｒ１３、Ｒ１４による分圧比によって分圧された後も０Ｖであることから、抵抗Ｒ１３〜Ｒ１８とコンデンサＣ３とによる時定数で平滑されて、Ｄｕｔｙ比指示電圧OＶとしてモータ制御部６へと出力され、Ｄｕｔｙ比指示電圧０Ｖに対応したＤｕｔｙ比０％によるＰＷＭ制御がモータ７になされる。

このとき各モータ電圧閾値判定回路３１，３２，３３にあるトランジスタＴｒ８〜Ｔｒ１０は全てＯＦＦしており、各トランジスタＴｒ８〜Ｔｒ１０のコレクタと各オペアンプＯＰ１〜ＯＰ３の−入力端子間に接続された抵抗Ｒ１９〜Ｒ２１がＧＮＤと非接続となる。従って各オペアンプＯＰ１〜ＯＰ３の−入力端子には抵抗Ｒ１９〜Ｒ２１を除いた抵抗Ｒ２２〜Ｒ２７による分圧抵抗による分圧値が入力される。

最小指示電圧値である指示電圧０Ｖよりも大きい指示電圧ｄａが指示入力部に入力されたとき、指示電圧ｄａは抵抗Ｒ１３、Ｒ１４による分圧比によって分圧された後、抵抗Ｒ１３〜Ｒ１８とコンデンサＣ３とによる時定数で平滑されてモータ制御部６へＤｕｔｙ比指示電圧ｄａとして出力され、Ｄｕｔｙ比指示電圧ｄａに対応したＤｕｔｙ比ｄａによるＰＷＭ制御がモータ７になされることから、ポンプはポンプ性能曲線領域ｄａの範囲にて運転される。

指示電圧ｄａよりも大きい指示電圧ｄが指示入力部に入力されたとき、指示電圧ｄは抵抗Ｒ１３、Ｒ１４による分圧比によって分圧された後、抵抗Ｒ１３〜Ｒ１８とコンデンサＣ３とによる時定数で平滑されてモータ制御部６へＤｕｔｙ比指示電圧ｄとして出力され、Ｄｕｔｙ比指示電圧ｄに対応したＤｕｔｙ比ｄによるＰＷＭ制御がモータ７になされることから、ポンプはポンプ性能曲線ｄ上にて運転される。

指示電圧が指示電圧ｄからさらに上がって指示電圧ｃａとなったとき、モータ電圧閾値判定回路３３内のオペアンプＯＰ３の−入力端子電圧よりも＋端子入力電圧が大きくなり、モータ電圧閾値判定回路３３内のオペアンプＯＰ３の出力がＨとなる。このためにモータ電圧指示部４内のトランジスタＴｒ３がＯＮとなり、抵抗Ｒ５がＧＮＤと接続されることから、モータ電圧制御部４０のトランジスタＴｒ４のベース端子には抵抗Ｒ５〜Ｒ８の分圧比による電圧が抵抗Ｒ５〜Ｒ９とコンデンサＣ２による時定数で平滑されて入力される。このために、モータ電圧制御部４０は、モータ電圧値Ｖｄよりも大きい所定のモータ電圧値ＶｃとなるようにトランジスタＴｒ４のＯＮでフォトカプラＰＣ１を発光させることでスイッチング電源に信号をフィードバックし、所定のモータ電圧Ｖｃをモータ７に印加する。

また、オペアンプＯＰ３の出力端に接続されたＤｕｔｙ比指示部５内のトランジスタＴｒ７もＯＮとなり、抵抗Ｒ１２がＧＮＤと接続されることから、指示入力部２に入力された指示電圧ｃａは抵抗Ｒ１２〜Ｒ１５による分圧比によって分圧された後、抵抗Ｒ１２〜Ｒ１８とコンデンサＣ３とによる時定数で平滑されて、Ｄｕｔｙ比指示電圧ｃａをモータ制御部６へ出力し、この結果、Ｄｕｔｙ比指示電圧ｃａに対応したＤｕｔｙ比ｃａによるＰＷＭ制御がモータ７になされ、ポンプはポンプ性能曲線領域ｃａの範囲にて運転される。

このときモータ電圧閾値判定回路３３にあるトランジスタＴｒ１０がＯＮし、トランジスタＴｒ１０のコレクタとオペアンプＯＰ３の−入力端子間に接続された抵抗Ｒ２１がＧＮＤと接続されることで、オペアンプＯＰ３の−入力端子には抵抗Ｒ２１，Ｒ２６，Ｒ２７の分圧による分圧値が入力され、オペアンプＯＰ３の−入力端子電圧が低下するので、オペアンプＯＰ３の＋入力端子に対してヒステリシスを設けることができ、オペアンプＯＰ３出力のチャタリングを防止できる。

指示電圧ｃａよりも大きい指示電圧ｃが指示入力部２に入力されたとき、指示電圧ｃは抵抗Ｒ１２〜Ｒ１５による分圧比によって分圧された後、抵抗Ｒ１２〜Ｒ１８とコンデンサＣ３とによる時定数で平滑されて、Ｄｕｔｙ比指示電圧ｃとしてモータ制御部６へと出力され、Ｄｕｔｙ比指示電圧ｃに対応したＤｕｔｙ比ｃのＰＷＭ制御がモータ７になされ、ポンプはポンプ性能曲線ｃ上にて運転される。

以下、指示電圧が指示電圧ｃより大きい指示電圧ｂａ、指示電圧ｂａより大きい指示電圧ｂ、指示電圧ｂより大きい指示電圧ａａ、指示電圧ａａより大きい指示電圧ａへと上がっていくにしたがって、オペアンプＯＰ２、オペアンプＯＰ１の出力が順次Ｈとなり、トランジスタＴｒ２、トランジスタＴｒ１が順次ＯＮされて抵抗Ｒ４、抵抗Ｒ３が順次ＧＮＤと接続されることで、モータ電圧制御部４０内のトランジスタＴｒ４のベース端子に加わる電圧の分圧比が順次小さくなり、モータ電圧Ｖｃよりも高いモータ電圧Ｖｂ、モータ電圧Ｖｂよりも高いモータ電圧Ｖａが順次モータに印加される。

Ｄｕｔｙ比指示部５のトランジスタＴｒ６、トランジスタＴｒ５も順次ＯＮされて抵抗Ｒ１１、抵抗Ｒ１０も順次ＧＮＤと接続され、トランジスタＴｒ６がＯＮすると指示電圧ｂａ及び指示電圧ｂは抵抗Ｒ１１〜Ｒ１６による分圧比によって分圧された後、抵抗Ｒ１１〜Ｒ１８とコンデンサＣ３とによる時定数で平滑されて、Ｄｕｔｙ比指示電圧ｂａ及びＤｕｔｙ比指示電圧ｂａよりも高いＤｕｔｙ比指示電圧ｂとしてモータ制御部６へと出力され、Ｄｕｔｙ比指示電圧ｂａに対応したＤｕｔｙ比ｂａ及びＤｕｔｙ比ｂａよりも高いＤｕｔｙ比ｂのＰＷＭ制御がモータ７になされ、ポンプはポンプ性能曲線領域ｂａ、及びポンプ性能曲線ｂ上にて運転される。

トランジスタＴｒ５がＯＮすると指示電圧ａａ及び指示電圧ａは抵抗Ｒ１０〜Ｒ１７による分圧比によって分圧された後、抵抗Ｒ１０〜Ｒ１８とコンデンサＣ３とによる時定数で平滑されて、Ｄｕｔｙ比指示電圧ａａ及びＤｕｔｙ比指示電圧ａａよりも高いＤｕｔｙ比指示電圧ａとしてモータ制御部６へと出力され、Ｄｕｔｙ比指示電圧ａａに対応したＤｕｔｙ比ａａ及びＤｕｔｙ比ａａよりも高いＤｕｔｙ比ａでＰＷＭ制御がモータになされ、ポンプはポンプ性能曲線領域ａａ、及びポンプ性能曲線ａ上にて運転される。

ここで、Ｒ１４／（Ｒ１３＋Ｒ１４）、Ｒ１２〜Ｒ１５の分圧比、Ｒ１１〜Ｒ１６の分圧比、Ｒ１０〜Ｒ１７の分圧比がｋ，ｋ＾２，ｋ＾３，ｋ＾４となるように抵抗Ｒ１０〜Ｒ１７の値を設定するとともに、指示電圧ａ、指示電圧ｂ、指示電圧ｃ、指示電圧ｄの関係が指示電圧ｂ＝指示電圧ａ×ｋ、指示電圧ｃ＝指示電圧ａ×ｋ＾２、指示電圧ｄ＝指示電圧ａ×ｋ＾３となる等比数列の関係となるように設定しておくと、
指示電圧ａ時のＤｕｔｙ比指示電圧＝指示電圧ａ×ｋ＾４
指示電圧ｂ時のＤｕｔｙ比指示電圧＝指示電圧ｂ×ｋ＾３＝指示電圧ａ×ｋ＾４
指示電圧ｃ時のＤｕｔｙ比指示電圧＝指示電圧ｃ×ｋ＾２＝指示電圧ａ×ｋ＾４
指示電圧ｄ時のＤｕｔｙ比指示電圧＝指示電圧ｄ×ｋ＝指示電圧ａ×ｋ＾４
となって指示電圧ａ〜ｄ時のＤｕｔｙ比指示電圧はすべて指示電圧ａ×ｋ＾４となる。

つまり、指示電圧ａ〜ｂ間、指示電圧ｂ〜ｃ間、指示電圧ｃ〜ｄ間におけるＤｕｔｙ比指示電圧ａ〜ｂ、Ｄｕｔｙ比指示電圧ｂ〜ｃ、Ｄｕｔｙ比指示電圧ｃ〜ｄが同じ電圧範囲となり、指示電圧ａ〜ｂ間、指示電圧ｂ〜ｃ間、指示電圧ｃ〜ｄ間におけるＰＷＭ制御のＤｕｔｙ比を同じ範囲に設定することができる。

そして、指示電圧ａ〜ｂ間、指示電圧ｂ〜ｃ間、指示電圧ｃ〜ｄ間においてＰＷＭ制御のＤｕｔｙ比が所定の下限値となる毎にモータ電圧をＶａからＶｂ、Ｖｃ、Ｖｄへと切り替え、ＰＷＭ制御のＤｕｔｙ比を都度上限値から開始することで、ＰＷＭ制御のＤｕｔｙ比を所定の値以上に設定できるために、ＰＷＭ制御においてＤｕｔｙ比が小さくなるにつれてスイッチングロスが増加するという問題を避けることができるものであり、スイッチングロスを小さく抑えることができる。

指示電圧ｄ〜０間については、指示電圧が０Ｖまでを含むため、Ｄｕｔｙ比指示電圧ｄ〜０の範囲は上限値がＤｕｔｙ比指示電圧ａ〜ｂ、Ｄｕｔｙ比指示電圧ｂ〜ｃ、Ｄｕｔｙ比指示電圧ｃ〜ｄの上限値と同じとなり、ＰＷＭ制御のＤｕｔｙ比の上限値が指示電圧ａ〜ｂ間、指示電圧ｂ〜ｃ間、指示電圧ｃ〜ｄ間のＰＷＭ制御のＤｕｔｙ比の上限値と等しくなる。

つまり、最低モータ電圧であるＶｄ以外のモータ電圧Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃが印加される制御範囲において、ＰＷＭ制御のＤｕｔｙ比を所定の値以上とできるため、ＰＷＭ制御のスイッチングロスを小さくできるだけでなく、モータ電圧Ｖｄが印加される場合のＰＷＭ制御におけるスイッチングロスも、モータ電圧Ｖｄ自身が小さいために小さくすることができるものであり、全制御範囲におけるＰＷＭ制御のスイッチングロスを小さくすることができる。

ここでモータ電圧Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃ、Ｖｄの比率も
Ｖｂ＝Ｖａ×ｋ
Ｖｃ＝Ｖａ×ｋ＾２
Ｖｄ＝Ｖａ×ｋ＾３
と等比数列の関係とし、指示電圧ａ〜ｂ間、指示電圧ｂ〜ｃ間、指示電圧ｃ〜ｄ間のＰＷＭ制御のＤｕｔｙ比上限値を１、Ｄｕｔｙ比下限値をｋとすれば、指示電圧ａ〜ｂ間の下限時のモータ電圧実効値はＶａ×ｋ、指示電圧ｂ時のモータ電圧実効値はＶｂ×１＝Ｖａ×ｋとなって、両者が共にＶａ×ｋであるために、指示電圧がａａからｂに変化する際のポンプ性能を滑らかにつなぐことができる。指示電圧がｂａからｃ、指示電圧がｃａからｄへと変化する際も同様に滑らかにポンプ性能をつなぐことができる。

上記所定値ｋは、０．７以上、好ましくは０．８以上とすることでＰＷＭ制御時のスイッチングロスをかなり小さくすることができる。これは例えば抵抗Ｒ１３：抵抗Ｒ１５〜Ｒ１７：抵抗Ｒ１０〜Ｒ１２，Ｒ１４＝１：０．２：４とすることで、ｋ＝０．８とすることができる。

また、指示電圧をＡ／Ｄコンバータからマイクロコンピュータに取り込み、モータ電圧閾値判定をマイコンにて判定した後にモータ電圧指示部への信号、もしくはスイッチング電源のフィードバック用信号を直接マイコンから出力してモータ電圧を制御してもよいし、Ｄｕｔｙ比指示部への出力、Ｄｕｔｙ比指示電圧、もしくはＤｕｔｙ比を直接マイクロコンピュータから出力してモータをＰＷＭ制御する構成としてもよい。

上記の例では、モータ電圧を多数段に切り換えているが、本発明は２段に切り換えるだけのものであってもよいのはもちろんである。

図４は上記モータ７を備えたポンプ９の一例を示しており、キャンドモータポンプである該ポンプ９は、モータ７によって回転駆動される羽根車（図示せず）を内蔵して、羽根車の回転中心の軸方向に位置する吸い込み口９１から吸い込んだ液体を、羽根車の外周に位置する吐出口９２へと送り出す。

２ 指示入力部
３ モータ電圧閾値判定回路
４ モータ電圧指示部
４０ モータ電圧制御部
５ Ｄｕｔｙ比指示部
６ モータ制御部
７ モータ

Claims (6)

1. モータ出力レベルについての指示が入力される指示入力部と、前記指示入力部に入力された指示入力に応じて出力される信号レベルに応じてモータ電圧を制御するモータ電圧制御部と、前記指示入力部から出力される信号レベルに応じて前記モータの動作をＰＷＭ制御するモータ制御部とを有するモータ駆動装置であって、上記モータ電圧制御部はＰＷＭ制御のデューティ比が所定の値以下となるときにモータ電圧を下げることを特徴とするモータ駆動装置。
2. 上記モータ電圧制御部は、指示入力に応じた複数段のモータ電圧を持ち、最低モータ電圧印加時を除くモータ電圧印加時において、ＰＷＭ制御のデューティ比を所定の値以上とするものであることを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置
3. 指示入力に応じた複数段のモータ電圧が等比数列であることを特徴とする請求項２記載のモータ駆動装置。
4. 指示入力に応じて複数段のモータ電圧を切り替える信号によって指示電圧を所定の分圧比にて分圧することを特徴とする請求項２または３記載のモータ駆動装置。
5. 指示入力はＤＣ電圧、もしくはＰＷＭ信号を平滑してＤＣ化した電圧であることを特徴とする請求項１〜４記載のモータ駆動装置
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のモータ駆動装置を動力源として備えていることを特徴とするポンプ。

Images