JP5157179B2 - モータ駆動制御装置 - Google Patents
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Description
(1)全体及びモータの構成
図1は、モータ51と、このモータ51の駆動を制御するためのモータ駆動制御装置1とを含むモータの駆動制御システム100全体の構成図である。ここで、モータの種類としては、一般的には直流モータや交流モータ、ステッピングモータ、ブラシレスDCモータ等が挙げられるが、本実施形態では、モータ51がブラシレスDCモータである場合を例にとる。
次いで、本実施形態に係るモータ駆動制御装置1の構成について説明する。本実施形態のモータ駆動制御装置1は、図1に示すように、回転方向検知部2、回転数計測部3、タイマ4(第1計測手段に相当)、駆動電圧調整部5及び電源部9を備える。
回転方向検知部2は、各ホール素子54a〜54cから出力される位置検出信号Hu,Hv,Hwを用いて、モータ51におけるロータ53の回転方向を検知する。以下より、説明を簡単にするため、モータ51におけるロータ53の回転方向を、単に“モータ51の回転方向”と記載する。
回転数計測部3は、各ホール素子54a〜54cから出力される位置検出信号Hu,Hv,Hwを用いて、モータ51におけるロータ53の回転数を計測する。以下より、説明を簡単にするため、モータ51の回転方向と同様、モータ51におけるロータ53回転数を、単に“モータ51の回転数”と記載する。
タイマ4は、モータ51が起動してからの時間を計測する。計測された時間は、モータ51の回転方向及び回転数と同様に、駆動電圧調整部5に取り込まれる。
駆動電圧調整部5は、モータ51をPWM(Pulse-Width Modulation)制御するための駆動電圧SU1,SV1,SW1を生成してモータ51に出力するためのものであって、PWM制御部6、ゲート制御電圧生成部7及び出力回路8を備える。
PWM制御部6は、モータ51の回転方向及び回転数に基づいて、各駆動コイルLu,Lv,Lwに印加される駆動電圧SU1,SV1,SW1のデューティを決定し、このデューティを示すPWMデューティ電圧v_dutyを、ゲート制御電圧生成部7に出力する。特に、本実施形態に係るPWM制御部6は、逆風や順風等の影響をプロペラファン61が受け、このプロペラファン61の影響により正方向や逆方向に外力が加わって回転している状態のモータ51を起動させる場合、起動直前におけるモータ51の回転方向及び回転数に基づいて、駆動電圧SU1,SV1,SW1のデューティを決定する。
(I)タイマ4による計測時間が第1所定時間を経過した場合。
(II)モータ51の正回転側への回転数が所定回転数A(第1所定数に相当)以上となった場合。
(III)逆回転方向に回転しているモータ51を起動させた後、モータ51の回転が正回転側に切り替わった場合(即ち、回転数が“0rpm”となった場合)
尚、本実施形態では、以下より、所定の条件(I)及び(II)が満たされる場合について説明する。
ゲート制御電圧生成部7は、PWM制御部6により決定されたデューティを有する駆動電圧SU1,SV1,SW1が出力回路8からモータ51に出力されるように、出力回路8を制御する。より具体的には、ゲート制御電圧生成部7は、PWM制御部6から出力されたPWMデューティ電圧v_dutyに基づいて、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタQ1〜Q6のオン及びオフを制御するためのゲート制御電圧Gu,Gx,Gv,Gy,Gw,Gzを生成する。生成されたゲート制御電圧Gu,Gx,Gv,Gy,Gw,Gzは、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタQ1〜Q6の各ゲート端子に印加される。
出力回路8は、ゲート制御電圧Gu,Gx,Gv,Gy,Gw,Gzに基づいて駆動電圧SU1,SV1,SW1を出力するものであって、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタQ1〜Q6(以下、単にトランジスタという)と還流用のダイオードD1〜D6とを含む。トランジスタQ1及びQ2、Q3及びQ4、Q5及びQ6は、電源配線とGNDのラインとの間に直列に接続されている。トランジスタQ1及びQ2、Q3及びQ4、Q5及びQ6の間の各接続点NU,NV,NWは、それぞれモータ51のU相、V相及びW相の駆動コイル端子TU,TV,TWに接続されている。ダイオードD1〜D6は、各トランジスタQ1〜Q6に逆電圧が印加された場合に導通するような特性を有しており、各トランジスタQ1〜Q6に並列に接続されている。
電源部9は、交流電圧を直流に変換し、電源配線を介して出力回路8に供給する直流電圧Vccを生成する。尚、このような電源部9内部には、駆動電圧SU、SV,SWのデューティやモータ51の回転数等に応じて直流電圧Vccを変更する機能部等が含まれている。このような機能部としては、例えば電圧調整回路や昇圧回路が挙げられる。
(3−1)一連の動作の流れ
図3は、モータ駆動制御装置1が行う一連の動作の流れを説明するためのフローチャートである。
モータ駆動制御装置1が上記動作の流れでモータ51を駆動制御した場合の一例を、図4及び図5に示す。図4は、起動前から逆方向に回転しているモータ51を起動させた場合の、経時的に変化する駆動電圧SU1,SV1,SW1のデューティ、モータ51の回転数及びモータ51内の駆動コイルLu,Lv,Lwに流れる電流を示した図である。図5は、起動前から正方向に回転しているモータ51を起動させた場合の、経時的に変化する駆動電圧SU1,SV1,SW1のデューティ、モータ51の回転数、及び電源部9からの直流電圧を示した図である。
このモータ駆動制御装置1は、モータ起動直前時のモータ51の回転方向に応じて、モータ51を起動させるための駆動電圧SU1,SV1,SW1のデューティや振幅等を、モータ51が無回転状態で起動する場合と異なるように調整し、モータに出力する。これにより、起動直前時、モータ51には外力が加わっており、既にモータ51が正方向または逆方向のどちらかに回転している状態において、このモータ51を起動させる場合であっても、モータ駆動制御装置1は、モータ51を異常停止させることなく確実に起動させることができる。
図6は、第2実施形態に係るモータ駆動制御装置101と、このモータ駆動制御装置101により駆動制御されるモータ51とを含むモータの駆動制御システム200全体の構成図である。
モータ駆動制御装置101は、回転方向検知部102、回転数計測部103、タイマ104(第2計測手段に相当)、駆動電圧調整部105及び電源部110を備える。ここで、本実施形態に係る駆動電圧調整部105は、モータ51の回転数制御を行い、駆動電圧SU2,SV2,SW2を生成してモータ51内の駆動コイルLu,Lv,Lwに出力する。ここで、モータ51の回転数制御の方法としては、P制御、PI制御、PID制御などが挙げられるが、本実施形態では、駆動電圧調整部105がモータ51の回転数についてPI制御を行う場合を例にとる。また、駆動電圧調整部105は、記憶部106、PI制御部107、ゲート制御電圧生成部108及び出力回路109を備える。
以下に、本実施形態に係るPI制御部107が、モータ51を起動させる時に、PI制御パラメータをどのように調節するかについて説明する。PI制御部107は、モータ51を起動させる時、先ずはモータ51起動直前、即ち現在のモータ51の回転方向及び回転数を回転方向検知部2及び回転数計測部3からそれぞれ取得し、次いで取得した回転方向及び回転数を図7に当てはめ、PI制御パラメータを決定する。図7は、モータ51起動直前におけるモータ51の各回転方向への回転数(rpm)と、モータ51を起動する時に用いられるPI制御パラメータとの関係を示している。図7によると、モータ51起動直前におけるモータ51の回転方向が逆回転方向である場合、モータ51を起動する時に用いられるPI制御パラメータは、モータ51が無回転の状態で起動する時に用いられる所定のPI制御パラメータK1(第1所定制御パラメータ、第2所定制御パラメータに相当)よりも低い。特に、モータ51起動直前におけるモータ51の逆回転方向への回転数が多い程、モータ51を起動する時に用いられるPI制御パラメータはより低くなっている。逆に、モータ51起動直前におけるモータ51の回転方向が正回転方向である場合、モータ51を起動する時に用いられるPI制御パラメータは、所定のPI制御パラメータK1よりも高い。特に、モータ51起動直前におけるモータ51の正回転方向への回転数が多い程、モータ51を起動する時に用いられるPI制御パラメータはより高くなっている。
(I)タイマ104による計測時間が第2所定時間を経過した場合。
(II)モータ51の正回転側への回転数が所定回転数B(第3所定数に相当)以上となった場合。
(III)逆回転方向に回転しているモータ51を起動させた後、モータ51の回転が正回転側に切り替わった場合(即ち、回転数が“0rpm”となった場合)
尚、本実施形態では、第1実施形態と同様に、以下より、所定の条件(I)及び(II)が満たされる場合について説明する。
(2−1)一連の動作の流れ
図8は、モータ駆動制御装置101が行う一連の動作の流れを説明するためのフローチャートである。
図9は、上記動作のステップS105,S109におけるPI制御動作の流れを示すフローチャートである。尚、下記の各動作の過程において得られた演算結果は、記憶部106に一時的に格納される。
モータ駆動制御装置101が上記動作の流れでモータ51を駆動制御した場合の一例を、図10及び図11に示す。図10は、起動前から逆方向に回転しているモータ51を起動させた場合の、経時的に変化するPI制御パラメータ、モータ51の回転数及びモータ51内の駆動コイルLu,Lv,Lwに流れる電流を示した図である。図11は、起動前から正方向に回転しているモータ51を起動させた場合の、経時的に変化するPI制御パラメータ、モータ51の回転数、及び電源部110からの直流電圧Vccを示した図である。尚、図10及び図11では、所定のPI制御パラメータK1及び通常回転時のPI制御パラメータK2が、異なる値である場合を例にとる。
このモータ駆動制御装置101は、逆風等の影響を受けて逆方向に回転している状態のモータ51を起動させる場合、モータ51起動直前のモータ51の回転方向及び回転数に応じて、PI制御パラメータを、無回転状態のモータ51を起動させる場合に用いられる所定のPI制御パラメータK1よりも小さくなるように調節する。そして、モータ駆動制御装置101は、調節後のPI制御パラメータに基づいてPI制御を行う。これにより、モータ51の起動を起動させる時には、所定のPI制御パラメータK1に基づく所定駆動電圧よりも小さいデューティを有する駆動電圧SU2,SV2,SW2がモータ51に出力される。従って、モータ51が逆回転している状態で起動する際、モータ51に過渡的に流れる電流量を抑えることができる。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
(IV)モータ51が逆方向に回転している状態で起動した場合に、モータ51の逆回転方向側への回転数が所定回転数C(第2所定数に相当)以下となった場合。
2,102,202 回転方向検知部
3,103,203 回転数計測部
4,104,204 タイマ
5,105,205 駆動電圧調整部
6 PWM制御部
7,108,207 ゲート制御電圧生成部
8,109,208 出力回路
9,110,209 電源部
51 モータ
52 ステータ
53 ロータ
54a〜54c ホール素子
61 プロペラファン
100,200,300 モータ駆動制御システム
106 記憶部
107 PI制御部
206 PAM制御部
Lu,Lv,Lw 駆動コイル
SU1,SV1,SW1 SU2,SV2,SW2 SU3,SV3,SW3 駆動電圧
Claims (16)
- 正回転方向または逆回転方向に回転可能なモータ(51)を駆動させるための駆動電圧(SU1〜SW1,SU2〜SW2,SU3〜SW3)を出力して前記モータ(51)の駆動を制御するモータ駆動制御装置(1)であって、
前記モータ(51)起動直前の回転方向を検知する回転方向検知手段(2,102,202)と、
前記回転方向検知手段(2,102,202)により検知された前記モータ(51)の起動直前の回転方向に応じて、前記モータ(51)起動時の前記駆動電圧(SU1〜SW1,SU2〜SW2,SU3〜SW3)が、前記モータ(51)が無回転の状態で起動する場合に前記モータ(51)に出力される所定駆動電圧と異なるように調整する駆動電圧調整手段(5,105,205)と、
を備え、
前記駆動電圧調整手段(5,105,205)は、起動直前の前記モータの回転方向が逆回転方向である場合、前記駆動電圧(SU1〜SW1,SU2〜SW2,SU3〜SW3)が前記所定駆動電圧よりも小さくなるように調整する、
モータ駆動制御装置(1,101,201)。 - 前記モータ(51)起動直前の前記モータの回転数を計測する回転数計測手段(3)を更に備え、
前記駆動電圧調整手段(5,105,205)は、前記モータ(51)起動直前の前記モータの回転数に応じて、前記モータ(51)起動時の前記駆動電圧(SU1〜SW1,SU2〜SW2SU3〜SW3)を更に調整する、請求項1に記載のモータ駆動制御装置(1,101,201)。 - 前記駆動電圧調整手段(5)は、前記モータ(51)起動直前の前記モータ(51)の回転数に応じて、前記駆動電圧(SU1,SV1,SW1)のデューティを前記所定駆動電圧のデューティより小さくする、請求項2に記載のモータ駆動制御装置(1)。
- 前記駆動電圧調整手段(205)は、前記モータ(51)起動直前の前記モータ(51)の回転数に応じて、前記駆動電圧(SU3,SV3,SW3)の振幅を前記所定駆動電圧の振幅より小さくする、請求項2または3に記載のモータ駆動制御装置(201)。
- 前記モータ(51)が起動してからの時間を計測する第1計測手段(4,204)を更に備え、
前記第1計測手段(4,204)により計測されている時間が第1所定時間を経過した場合、前記駆動電圧調整手段(5,205)は、前記駆動電圧(SU1〜SW1,SU3〜SW3)を前記モータ(51)の通常回転時の駆動電圧に変更する、請求項1〜4のいずれかに記載のモータ駆動制御装置(1,201)。 - 前記モータ(51)の起動後、前記モータ(51)の正回転側への回転数が第1所定数以上となった場合、前記駆動電圧調整手段(5,205)は、前記駆動電圧(SU1〜SW1,SU3〜SW3)を前記モータ(51)の通常回転時の駆動電圧に変更する、請求項1〜4のいずれかに記載のモータ駆動制御装置(1,201)。
- 前記モータ(51)起動後、前記モータ(51)の逆回転側への回転数が第2所定数以下となった場合、前記駆動電圧調整手段(5,205)は、前記駆動電圧(SU1〜SW1,SU3〜SW3)を前記モータ(51)の通常回転時の駆動電圧に変更する、請求項1〜4のいずれかに記載のモータ駆動制御装置(1,201)。
- 前記駆動電圧調整手段(105)は、前記モータ(51)起動直前の前記モータ(51)の回転数に応じて、前記モータ(51)の回転数を制御するための制御パラメータを、前記モータ(51)が無回転の状態で起動する時に用いられる第1所定制御パラメータよりも小さくなるように調節し、調節された前記制御パラメータに基づいて前記モータ(51)起動時の前記駆動電圧(SU2,SV2,SW2)を更に調整する、請求項1〜4のいずれかに記載のモータ駆動制御装置(101)。
- 前記駆動電圧調整手段(105)は、前記モータ(51)の回転数について、P制御、PI制御及びPID制御のうちいずれか1つの制御を行う、請求項8に記載のモータ駆動制御装置(101)。
- 前記モータ(51)が起動してからの時間を計測する第2計測手段(104)を更に備え、
前記第2計測手段(104)により計測されている時間が第2所定時間を経過した場合、前記駆動電圧調整手段(105)は、前記制御パラメータが前記モータ通常回転時の制御パラメータとなるように調節する、請求項8または9に記載のモータ駆動制御装置(101)。 - 前記モータ(51)の正回転側への回転数が第3所定数以上となった場合、前記駆動電圧調整手段(105)は、前記制御パラメータが前記モータ通常回転時の制御パラメータとなるように調節する、請求項8または9に記載のモータ駆動制御装置(101)。
- 前記モータ(51)の起動後、前記モータ(51)の逆回転側への回転数が第4所定数以下となった場合、前記駆動電圧調整手段(5,205)は、前記制御パラメータが前記モータ通常回転時の制御パラメータとなるように調節する、請求項8または9に記載のモータ駆動制御装置(1,201)。
- 前記駆動電圧調整手段(105)は、前記モータ(51)起動後の前記モータ(51)の回転数及び回転方向に応じて、前記制御パラメータが前記モータ(51)通常回転時の制御パラメータに近づくように調節する、請求項8または9に記載のモータ駆動制御装置
(101)。 - 前記モータ(51)はファンモータである、請求項1〜13のいずれかに記載のモータ駆動制御装置(1,101,201)。
- 前記ファンモータは、空気調和装置の室外機に用いられる室外機用ファンモータである、請求項14に記載のモータ駆動制御装置(1,101,201)。
- 前記モータ(51)は、ブラシレスDCモータである、請求項1〜15のいずれかに記載のモータ駆動制御装置(1,101,201)。
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