JP5353579B2 - モータ回転数検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータ回転数検出装置に関し、特に、インバータを搭載したモータ駆動装置に用いられるモータ回転数検出装置に関する。

従来、ブラシレスＤＣモータの回転数を検出する手段として、ホール素子からの位置検出信号に基づいて回転数を算出する方法が特許文献１（特開２００８−１０９８３５号公報の第４実施形態）に開示されている。

特許文献１のモータ回転数検出手段では、各ホール素子から繰り返し出力される位置検出信号に基づいて一定周期の波形が合成され、その周期から回転数が算出される。しかしながら、その波形の間にノイズが混じっている場合、ノイズが正規の波形として判別されるので、実際の回転数からかけ離れた回転数が算出される可能性があった。

本発明は、モータの実際の回転数からかけ離れた回転数が検出されることを抑制するモータ回転数検出装置を提供することにある。

第１発明に係るモータ回転数検出装置は、モータの回転数に比例した数のパルス信号を受信してモータの回転数を検出するモータ回転数検出装置であって、測定部と、記憶部と、演算部とを備えている。測定部は、パルス信号の周期を測定する。記憶部は、周期を周期データとして順次記憶する。演算部は、記憶部が所定個数分の周期データを記憶するごとに、その所定個数分の周期データから最小値と次に小さい値とを除いた残りの周期データの平均値を演算し、その平均値からモータの回転数を演算する。

このモータ回転数検出装置では、例えば、２つのパルス信号の間にノイズが入って正規の信号として受信され、実際の周期よりも短い２つの異常な周期がデータとして記憶された場合でも、それらは最小値および最小値の次に小さい値として、平均値算出の対象データから確実に除外される。その結果、モータの実際の回転数からかけ離れた回転数が算出されることは抑制される。

第２発明に係るモータ回転数検出装置は、モータの回転数に比例した数のパルス信号を受信してモータの回転数を検出するモータ回転数検出装置であって、測定部と、記憶部と、演算部とを備えている。測定部は、パルス信号の周期を測定する。記憶部は、周期を周期データとして順次記憶する。演算部は、記憶部が周期データを記憶するごとに、記憶された周期データのうち新しい方から数えて所定個数分の周期データから、最小値と次に小さい値とを除いた残りの周期データの平均値を演算し、その平均値からモータの回転数を演算する。

このモータ回転数検出装置では、ノイズがパルス信号として受信され、異常値が周期データとして記憶された場合でも、所定個数分の周期データから最小値と次に小さい値とが除外された上で移動平均値が算出されるので、実際の周期から極端にかけ離れた周期が算出されることはない。その結果、モータの実際の回転数からかけ離れた回転数が算出されることは抑制される。

第１発明または第２発明に係るモータ回転数検出装置では、ノイズによってモータの実際の回転数からかけ離れた回転数が算出されることは抑制される。

本発明の一実施形態に係るモータ回転数検出装置を備えたモータ駆動装置の回路図。 第１ファンモータ及び第２ファンモータに採用されているモータの概略構造図。 第１ファンモータおよび第２ファンモータからＭＣＵに送られるパルス信号のチャート図。 第１ファンモータおよび第２ファンモータからＭＣＵに送られるパルス信号のうち隣接する２つのパルス信号の間にノイズが入っているときのチャート図。 第１ファンモータおよび第２ファンモータからＭＣＵに送られるパルス信号のうち隣接する２つのパルス信号の間を埋めるようにノイズが入っているときのチャート図。

＜モータ駆動装置＞
図１は、本発明の一実施形態に係るモータ回転数検出装置を備えたモータ駆動装置の回路図である。図１において、第１ファンモータ１０１及び第２ファンモータ１０２は、冷凍装置の送風機（図示せず）などを回転させるブラシレスＤＣモータである。第１ファンモータ１０１は駆動回路６１と一体化され、第２ファンモータ１０２も駆動回路６２と一体化されている。

モータ１０３は、冷凍装置の圧縮機などを回転させるブラシレスＤＣモータである。モータ駆動装置１は、シャント抵抗１７に発生する電圧波形によってモータ１０３の回転子の回転数を検出することができる。

モータ駆動装置１は、電源回路１０、インバータ２０およびＭＣＵ（マイクロ・コントローラー・ユニット）４０を備えている。電源回路１０は、ダイオードから成るブリッジ回路１１及び電解コンデンサー１２を有し、商用電源１００から直流電圧を生成しインバータ２０、第１ファンモータ１０１及び第２ファンモータ１０２へ供給する。インバータ２０は、６つのトランジスタからなるブリッジ回路である。ＭＣＵ４０は、インバータ２０の各トランジスタに駆動信号を入力し、モータ１０３の回転数を制御する。

また、ＭＣＵ４０は、第１ファンモータ１０１及び第２ファンモータ１０２が所定の回転数になるようにＰＷＭ（パルス幅変調）方式で回転数を変更する。ＰＷＭ方式とは、駆動回路６１，６２へ入力する電圧のオン時間とオフ時間との比率（以後、デューティ比とよぶ）を変更して回転数を変更する方式であり、デューティ比が制御された信号が、ＭＣＵ４０から駆動回路６１，６２へ入力される。

図２は、第１ファンモータ及び第２ファンモータに採用されているモータの概略構造図である。図２において、モータは、３相ブラシレスＤＣモータであり、固定子９２と回転子９３とを有している。固定子９２は、駆動コイル９２ｕ，９２ｖ，９２ｗを含んでいる。回転子９３は、固定子９２に対向するＮ極マグネット９３ａおよびＳ極マグネット９３ｂを含んでいる。

固定子９２側には、３つのホール素子９４が１２０°間隔で配置されている。これら３つのホール素子９４は、回転子９３の回転によって起こる磁束の変化を電圧に変換して位置検出信号を出力するので、その位置検出信号から回転子９３の位置が検出される。ホール素子９４の位置検出信号は、回転子９３の位置検出だけでなく回転子９３の回転数検出にも利用される。

第１ファンモータ１０１及び第２ファンモータ１０２では、回転子９３が一回転するごとに３つのホール素子それぞれから出力される位置検出信号がパルス信号に変換されてＭＣＵ４０に送られる。本実施形態では、ＭＣＵ４０は、回転子９３が一回転するごとに４つのパルス信号を受信する。

図３は、第１ファンモータおよび第２ファンモータからＭＣＵに送られるパルス信号のチャート図である。図３において、従来は、パルス信号の立ち下がりエッジを５回計数し、１回目の立ち下がりエッジから５回目の立ち下がりエッジまでの時間、つまり１回転当たりの所要時間を測定し、第１ファンモータ１０１及び第２ファンモータ１０２の回転数を検出していた。時間計測は、１ｍｓｅｃカウンタを用いたサンプリング方式で行なわれる。

しかし、誤ってノイズの立ち下りエッジが正規のパルス信号の立ち下りエッジとして読み取られた場合には、誤った回転数が算出される。そこで、本実施形態では、ＭＣＵ４０が、図３に示すようにパルス信号ごとに周期を計測して周期データのうち新しい方から所定個数分の移動平均値を演算し、その移動平均値に基づいて第１ファンモータ１０１及び第２ファンモータ１０２の回転数を演算している。

ＭＣＵ４０は、演算部４１、記憶部４２及び測定部４３を有している。測定部４３はパルス信号の周期を測定し、記憶部４２がその周期を周期データｔとして順次記憶する。演算部４１は、記憶部４２が周期データｔを記憶するごとに、それら記憶された周期データｔのうち新しい方から所定個数分の移動平均値Ｓを演算する。

４周期が１回転の所要時間に相当するので、移動平均値Ｓと回転数Ｎとの関係式はＮ＝１／４Ｓ回転毎秒である。移動平均値を求める際、４周期が１回転の所要時間に相当することを考慮すれば、４個のデータだけでは平均値を求めても異常成分を平滑したことにはならないので、データ数は６個〜８個が好ましい。

具体的には、図３において、測定部４３は、１ｍｓｅｃカウンタを用いて、各周期データ（ｔ１等）としてパルス信号の立ち下りエッジから次のパルス信号の立ち下りエッジまでの時間を測定する。或は、パルス信号の立ち上がりエッジから次のパルス信号の立ち上がりエッジまでの時間を測定してもよい。演算部４１は、記憶部４２に記憶されている新しい８個の周期データｔ１〜ｔ８の平均値に基づいて回転数を求めた後、次に新しい８個の周期データｔ２〜ｔ９の平均値に基づいてより新しい回転数を求め、次に新しい８個の周期データｔ３〜ｔ１０の平均値に基づいてさらに新しい回転数を求める。このような手順で順次回転数Ｎを更新していく。

例えば、図４は、第１ファンモータおよび第２ファンモータからＭＣＵに送られるパルス信号のうち隣接する２つのパルス信号の間にノイズが入っているときのチャート図である。図４において、周期ｔ２及び周期ｔ３は異常値であるが、移動平均によって実際の周期に近い値まで平滑される。

また、図５は、第１ファンモータおよび第２ファンモータからＭＣＵに送られるパルス信号のうち隣接する２つのパルス信号の間を埋めるようにノイズが入っているときのチャート図である。図５において周期ｔ１は異常値であるが、移動平均によって実際の周期に近い値まで平滑される。

このように、ＭＣＵ４０は、測定部４３、記憶部４２および演算部４１によってモータ回転数検出装置を構成し、第１ファンモータ１０１及び第２ファンモータ１０２から送られてくるパルス信号に基づいて、それらの回転数を検出することができる。

＜特徴＞
モータ回転数検出装置では、測定部４３が測定したパルス信号の周期を記憶部４２が周期データとして順次記憶する。演算部４１は、記憶部４２が周期データを記憶するごとに、記憶された周期データのうち新しい方から所定個数分の移動平均値を演算し、その移動平均値から第１ファンモータ１０１および第２ファンモータ１０２の回転数を演算する。これによって、ノイズがパルス信号として受信され、異常値が周期データとして記憶された場合でも、所定個数分の周期データの移動平均によってその異常値が平滑されるので、実際の周期からかけ離れた周期が算出されることはない。

＜第１変形例＞
周期データの平均値は、移動平均値だけに限定される必要は無い。第１変形例では、記憶部４２が所定個数分の周期データを記憶するごとに、所定個数分の周期データから少なくとも最小値を除いた残りの周期データの平均値を演算し、演算部４１がその平均値に基づいて第１ファンモータ１０１及び第２ファンモータ１０２の回転数を演算する。

例えば、図４において、４個分の周期データが記憶されるごとに平均値が演算される場合、周期ｔ１〜ｔ４のうち、周期ｔ２、ｔ３は正常な周期ｔ１、ｔ４よりも短いので、少なくとも最小のｔ２は平均値算出の対象データから確実に除外される。ｔ１とｔ３とｔ４との平均値がｔ１〜ｔ４の平均値よりも現実の周期に近いことは図４より明らかである。

＜第２変形例＞
また、演算部４１は、所定個数分の周期データから最小値と次に小さい値とを除いた残りの周期データの平均値を演算し、その平均値に基づいて第１ファンモータ１０１及び第２ファンモータ１０２の回転数を演算することもできる。

例えば、図４において、４個分の周期データが記憶されるごとに平均値が演算される場合、周期ｔ１〜ｔ４のうち、周期ｔ２が最小値、周期ｔ３が次に小さい値として、平均値算出の対象データから確実に除外される。ｔ１とｔ４との平均値がｔ１〜ｔ４の平均値よりも現実の周期に近いことは図４より明らかである。

＜第３変形例＞
また、演算部４１は、所定個数分の周期データから最小値と最大値とを除いた残りの周期データの平均値を演算し、その平均値に基づいて第１ファンモータ１０１及び第２ファンモータ１０２の回転数を演算することもできる。

例えば、図５において、４個分の周期データが記憶されるごとに平均値が演算される場合、周期ｔ１〜ｔ４のうち、周期ｔ２（ｔ２、ｔ３、ｔ４のいずれか１つである）が最小値として平均値算出の対象データから除外され、周期ｔ１が最大値として平均値算出の対象データから除外される。最小値として、ノイズの影響を受けていない周期ｔ２が除外されるが、同じくノイズの影響を受けていない周期ｔ３及びｔ４が残る。ｔ３とｔ４との平均値がｔ１〜ｔ４の平均値よりも現実の周期に近いことは図５より明らかである。

＜第４変形例＞
また、演算部４１は、異常値を除外して移動平均値を演算することもできる。つまり、上記実施形態と、第１変形例〜第３変形例のいずれか１つとを組み合せることができる。例えば、上記実施形態と、第１変形例とを組み合せる場合、演算部４１は、記憶部４２が周期データを記憶するごとに、記憶された周期データのうち新しい方から数えて所定個数分の周期データから、最小値を除いた残りの周期データの平均値を演算し、その平均値に基づいて第１ファンモータ１０１及び第２ファンモータ１０２の回転数を演算する。

具体的には、図４において、新しい８個の周期データｔ１〜ｔ８から最小値ｔ２を除外した７個の周期データの平均値に基づいて回転数が求められる。その７個の周期データの中には最小値ｔ２の次に小さい値ｔ３が含まれているが、移動平均によって異常成分が平滑されるので、現実の周期から大きくかけ離れることはない。その後、次に新しい８個の周期データｔ２〜ｔ９から最小値ｔ２を除外した７個の周期データの平均値に基づいてより新しい回転数が求められる。その７個の周期データの中にも最小値ｔ２の次に小さい値ｔ３が含まれているが、移動平均によって異常成分が平滑されるので、現実の周期から大きくかけ離れることはない。その後、次に新しい８個の周期データｔ３〜ｔ１０から最小値ｔ３を除外した７個の周期データの平均値に基づいてさらに新しい回転数が求められる。その７個の周期データの中には異常値が含まれていないので、それらの平均値が現実の周期とほぼ同じであることは図４より明らかである。

＜第５変形例＞
同様に、上記実施形態と、第２変形例とを組み合せる場合、演算部４１は、記憶部４２が周期データを記憶するごとに、記憶された周期データのうち新しい方から数えて所定個数分の周期データから、最小値と次に小さい値とを除いた残りの周期データの平均値を演算し、その平均値に基づいて第１ファンモータ１０１及び第２ファンモータ１０２の回転数を演算する。

具体的には、図４において、新しい８個の周期データｔ１〜ｔ８から最小値ｔ２と次に小さい値ｔ３とを除外した６個の周期データの平均値に基づいて回転数が求められる。その６個の周期データの中には異常値が含まれていないので、それらの平均値が現実の周期とほぼ同じであることは図４より明らかである。その後、次に新しい８個の周期データｔ２〜ｔ９から最小値ｔ２と次に小さい値ｔ３とを除外した６個の周期データの平均値に基づいて回転数が求められる。その６個の周期データの中には異常値が含まれていないので、それらの平均値が現実の周期とほぼ同じであることは明らかである。その後、次に新しい８個の周期データｔ３〜ｔ１０から最小値ｔ３と次に小さい値（ｔ４〜ｔ１０が同じ値の場合は、任意の１つ）とを除外した６個の周期データの平均値に基づいてさらに新しい回転数が求められる。その６個の周期データの中には異常値が含まれていないので、それらの平均値が現実の周期とほぼ同じであることは明らかである。

＜第６変形例＞
同様に、上記実施形態と、第３変形例とを組み合せる場合、演算部４１は、記憶部４２が周期データを記憶するごとに、記憶された周期データのうち新しい方から数えて所定個数分の周期データから、最小値と最大値とを除いた残りの周期データの平均値を演算し、その平均値に基づいて第１ファンモータ１０１及び第２ファンモータ１０２の回転数を演算する。

具体的には、図５において、新しい８個の周期データｔ１〜ｔ８から最小値（ｔ２〜ｔ８が同じ値の場合は、任意の１つ）と最大値ｔ１とを除外した６個の周期データの平均値に基づいて回転数が求められる。その６個の周期データの中には異常値が含まれていないので、それらの平均値が現実の周期とほぼ同じであることは図５より明らかである。その後、次に新しい８個の周期データｔ２〜ｔ９から最小値と最大値とを除外した６個の周期データの平均値に基づいて回転数が求められる。その６個の周期データの中には異常値が含まれていないので、それらの平均値が現実の周期とほぼ同じであることは明らかである。その後、次に新しい８個の周期データｔ３〜ｔ１０から最小値と最大値とを除外した６個の周期データの平均値に基づいてさらに新しい回転数が求められる。その６個の周期データの中には異常値が含まれていないので、それらの平均値が現実の周期とほぼ同じであることは明らかである。

以上のように、本発明によれば、インバータを搭載したモータ駆動装置のモータ回転数検出装置として有用である。

４１ 演算部
４２ 記憶部
４３ 測定部
１０１ 第１ファンモータ
１０２ 第２ファンモータ

特開２００８−１０９８３５号公報の第４実施形態

Claims (2)

1. モータ（１０１，１０２）の回転数に比例した数のパルス信号を受信して前記モータ（１０１，１０２）の回転数を検出するモータ回転数検出装置であって、
   前記パルス信号の周期を測定する測定部（４３）と、
   前記周期を周期データとして順次記憶する記憶部（４２）と、
   前記記憶部（４２）が所定個数分の前記周期データを記憶するごとに、前記所定個数分の前記周期データから最小値と次に小さい値とを除いた残りの前記周期データの平均値を演算し、前記平均値から前記モータ（１０１，１０２）の回転数を演算する、
   モータ回転数検出装置。
2. モータ（１０１，１０２）の回転数に比例した数のパルス信号を受信して前記モータ（１０１，１０２）の回転数を検出するモータ回転数検出装置であって、
   前記パルス信号の周期を測定する測定部（４３）と、
   前記周期を周期データとして順次記憶する記憶部（４２）と、
   前記記憶部（４２）が前記周期データを記憶するごとに、記憶された前記周期データのうち新しい方から数えて所定個数分の前記周期データから、最小値と次に小さい値とを除いた残りの前記周期データの平均値を演算し、前記平均値から前記モータ（１０１，１０２）の回転数を演算する演算部（４１）と、
   を備えたモータ回転数検出装置。

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