特開 2023-65878 モータ駆動装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023065878

(43)【公開日】2023-05-15

(54)【発明の名称】モータ駆動装置

(51)【国際特許分類】

   H02P 6/18 20160101AFI20230508BHJP

【ＦＩ】

H02P6/18

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021176269

(22)【出願日】2021-10-28

(71)【出願人】

【識別番号】000106276

【氏名又は名称】サンケン電気株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100097113

【弁理士】

【氏名又は名称】堀 城之

(74)【代理人】

【識別番号】100162363

【弁理士】

【氏名又は名称】前島 幸彦

(72)【発明者】

【氏名】野▲崎▼ 優

【テーマコード（参考）】

5H560

【Ｆターム（参考）】

5H560BB04

5H560DA12

5H560DA14

5H560DB12

5H560DB14

5H560DC06

5H560DC13

5H560EB01

5H560TT11

5H560TT15

5H560XA12

(57)【要約】

【課題】本体制御回路とモータ駆動装置とのやり取りをする５本の線のみで、ＤＣモータの回転方向の切り換えを制御できるモータ駆動装置を提供することにある。
【解決手段】下側閾電圧～上側閾電圧の範囲内の速度指令入力ＶＳＰからＤＣモータ３の回転速度を指示する速度指令値ｓｐを生成する速度指令値生成部と、上側閾電圧よりも高い指令判別閾電圧を上回る速度指令入力ＶＳＰの入力パターンに基づいて、速度指令入力ＶＳＰに含まれる回転方向切換指令を判別する速度指令判別部４４と、ＤＣモータ３の回転方向を時計回りＣＷと反時計周りＣＣＷとのいずれかに設定し、速度指令判別部４４によって回転方向切換指令が判別されると、設定している回転方向を切り換える回転方向設定部４５と、速度指令値ｓｐの回転速度で回転方向設定部４５に設定された回転方向にＤＣモータ３を回転させる回転制御部４７と、を具備する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

速度指令入力に基づいてモータの回転速度を制御するモータ駆動装置であって、
下側閾電圧～上側閾電圧の範囲内の前記速度指令入力から前記モータの回転速度を指示する速度指令値を生成する速度指令値生成部と、
前記上側閾電圧よりも高い指令判別閾電圧を上回る前記速度指令入力の他指令入力パターンに基づいて、前記速度指令入力に含まれる回転方向切換指令を判別する指令判別部と、
前記モータの回転方向を時計回りと反時計周りとのいずれかに設定し、前記指令判別部によって前記回転方向切換指令が判別されると、設定している回転方向を切り換える回転方向設定部と、
前記速度指令値の回転速度で前記回転方向設定部に設定された回転方向に前記モータを回転させる回転制御部と、を具備することを特徴とするモータ駆動装置。

【請求項2】

前記指令判別部は、前記回転方向切換指令を判別する前記他指令入力パターンとは異なる前記他指令入力パターンに基づいて、テストモード指令を判別し、
前記回転制御部は、前記指令判別部によって前記テストモード指令が判別されると、予め設定されたテストモードで前記モータを回転させることを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。

【請求項3】

前記モータから入力信号に基づいて、前記モータのステータに対するロータの位置を推定し、前記モータの回転数をモニタするための回転数検出出力を出力する位置推定部を具備し、
前記位置推定部は、前記回転方向設定部に設定された回転方向に応じて異なる仕様の前記回転数検出出力を出力することを特徴とする請求項１又は２に記載のモータ駆動装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、モータを有するモータ装置に備えられ、外部から供給される電源や制御信号に基づいてモータを駆動するモータ駆動装置に関する。

【背景技術】

【0002】

図４を参照すると、供給される電源や制御信号に基づいてＤＣモータ３を駆動するモータ駆動装置４を備えたモータ装置２が各種の電気機器１に用いられている（例えば、特許文献１参照）。モータ駆動装置４は、モータ駆動用の半導体ＩＣとしてモータ装置２に備えられている。モータ駆動装置４は、Ｕ相出力Ｕ、Ｖ相出力Ｖ、Ｗ相出力Ｗ、Ｕ相ホール素子信号入力ＨＵ、Ｖ相ホール素子信号入力ＨＶ、Ｗ相ホール素子信号入力ＨＷ等のＤＣモータ３に接続される端子を有する。また、モータ駆動装置４は、ＤＣ電源入力ＶＢＢ、制御回路電源入力ＶＣＣ、グランド接続ＣＯＭ、速度指令入力ＶＳＰ、回転数検出出力ＦＧ、回転方向設定入力信号ＣＷ／ＣＣＷ等の電源供給や制御信号の入出力用の端子を有する。

【0003】

モータ装置２を製造するモータメーカーと、モータ装置を用いた電気機器１（本体制御回路１１）を製造するセットメーカーとの間では、合計５本の線で信号をやり取りすることで、モータ装置２を動作させることが取り決められている場合がある。取り決められている場合の５本の線は、ＤＣ電源入力ＶＢＢ、制御回路電源入力ＶＣＣ、グランド接続ＣＯＭ、速度指令入力ＶＳＰ、回転数検出出力ＦＧである。

【0004】

取り決められている場合の５本の線には、回転方向設定入力信号ＣＷ／ＣＣＷは、含まれていない。従って、回転方向設定入力信号ＣＷ／ＣＣＷは、モータ駆動用の半導体ＩＣを基盤に実装した時点で設定され、ＤＣモータの回転方向を固定する使用方法が一般的である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００８－３１２３３８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

近年では、電気機器１（本体制御回路１１）側の制御によってＤＣモータ３の回転方向の切り換えを制御可能にすることが要望されている場合がある。

【0007】

本発明の目的は、本体制御回路１１とモータ駆動装置４とのやり取りをする５本の線のみで、ＤＣモータ３の回転方向の切り換えを制御できるモータ駆動装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明のモータ駆動装置は、速度指令入力に基づいてモータの回転速度を制御するモータ駆動装置であって、下側閾電圧～上側閾電圧の範囲内の前記速度指令入力から前記モータの回転速度を指示する速度指令値を生成する速度指令値生成部と、前記上側閾電圧よりも高い指令判別閾電圧を上回る前記速度指令入力の他指令入力パターンに基づいて、前記速度指令入力に含まれる回転方向切換指令を判別する指令判別部と、前記モータの回転方向を時計回りと反時計周りとのいずれかに設定し、前記指令判別部によって前記回転方向切換指令が判別されると、設定している回転方向を切り換える回転方向設定部と、前記速度指令値の回転速度で前記回転方向設定部に設定された回転方向に前記モータを回転させる回転制御部と、を具備することを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、本体制御回路とモータ駆動装置とのやり取りをする５本の信号線に含まれる速度指令入力ＶＳＰを用いてＤＣモータ３の回転方向の切り換えを制御できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明に係るモータ駆動装置の実施の形態の構成を示すブロック図である。

【図2】図１に示す速度指令判定部の構成を示すブロック図である。

【図3】図１に速度指令入力ＶＳＰの入力パターン例を示す図である。

【図4】モータ装置を備えた電気機器の構成例を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、以下の実施の形態において、同様の機能を示す構成には、同一の符号を付して適宜説明を省略する。

【0012】

本実施の形態のモータ駆動装置４０は、図１を参照すると、電源回路４１と、インバータ４２と、ドライバ４３と、速度指令判定部４４と、回転方向設定部４５と、位置推定部４６と、回転制御部４７と、を備えている。

【0013】

電源回路４１は、制御回路電源入力ＶＣＣから内部電源電圧を生成する電圧レギュレーターである。

【0014】

インバータ４２は、ブリッジ接続されたスイッチ素子を備え、ＤＣ電源入力ＶＢＢを交流の駆動電力（Ｕ相出力Ｕ、Ｖ相出力Ｖ、Ｗ相出力Ｗ）に変換して、変換した駆動電力をＤＣモータ３に供給する。

【0015】

速度指令判定部４４は、図２を参照すると、速度指令入力ＶＳＰから速度指令値ｓｐを生成する速度指令値生成部４４１と、速度指令入力ＶＳＰを分圧する分圧回路４４２と、分圧回路４４２によって分圧された電位を予め設定された基準電位Ｖ_ｒｅｆと比較する比較器４４３と、比較器４４３の出力に基づいて速度指令入力ＶＳＰに含まれる他の指令を判別する指令判別部４４４とを備えている。

【0016】

ＤＣモータ３の回転速度は、速度指令入力ＶＳＰによって制御される。速度指令値生成部４４１は、下側閾電圧Ｖ_ｓｐＬ～上側閾電圧Ｖ_ｓｐＨの範囲内の速度指令入力ＶＳＰをＡＤ変換してＤＣモータ３の回転速度を指示する速度指令値ｓｐを生成し、生成した速度指令値ｓｐを回転制御部４７に出力する。

【0017】

比較器４４３は、速度指令入力ＶＳＰが上側閾電圧Ｖ_ｓｐＨよりも高く最大定格電圧Ｖ_Ｈよりも低い値に設定された指令判別閾電圧Ｖ_ｔｈを上回ると、Ｈｉレベル信号を出力する。換言すると、分圧回路４４２による分圧比と、基準電位Ｖ_ｒｅｆとは、速度指令入力ＶＳＰが指令判別閾電圧Ｖ_ｔｈを上回ると、比較器４４３からＨｉレベル信号が出力されるように、設定されている。

【0018】

指令判別部４４４は、比較器４４３から出力されるＨｉレベル信号の出力パターン、すなわち、指令判別閾電圧Ｖ_ｔｈを上回る速度指令入力ＶＳＰの入力パターンに基づいて、速度指令入力ＶＳＰに含まれる他の指令を判別する。なお、指令判別部４４４による判別は、モータ駆動装置４０の起動時に実行される。

【0019】

指令判別部４４４は、図３（ａ）に示すように、速度指令入力ＶＳＰが指令判別閾電圧Ｖ_ｔｈを上回り、比較器４４３から出力されるＨｉレベル信号が予め設定された所定時間Ｔａ以上継続した場合、速度指令入力ＶＳＰに含まれる他の指令をテストモード指令と判別し、テストモード指示信号ｔｅｓｔを回転制御部４７に出力する。

【0020】

また、指令判別部４４４は、図３（ｂ）に示すように、速度指令入力ＶＳＰが指令判別閾電圧Ｖ_ｔｈを定期的に上回り、比較器４４３から出力されるＨｉレベル信号が所定時間Ｔａよりも短い所定時間Ｔｂのパルスとして予め設定された回数（例えば、４回）以上継続した場合、速度指令入力ＶＳＰに含まれる他の指令を回転方向切換指令と判別し、回転方向切換指示信号ｓｗｉｔｃｈを回転方向設定部４５に出力する。

【0021】

なお、指令判別部４４４によってテストモード指令と回転方向切換指令と判別可能であれば、指令判別閾電圧Ｖ_ｔｈを上回る速度指令入力ＶＳＰの入力パターンには、特に制限はない。例えば、テストモード指令と回転方向切換指令とを、指令判別閾電圧Ｖ_ｔｈを上回る速度指令入力ＶＳＰの入力パターンのパルス幅、デューティ、パルス振幅、パルス数のいずれかもしくは組み合わせで判別可能にしても良い。

【0022】

回転方向設定部４５は、ＤＣモータ３の回転方向を時計回りＣＷと反時計周りＣＣＷとのいずれかに設定する。回転方向設定部４５は、指令判別部４４４から回転方向切換指示信号ｓｗｉｔｃｈが入力されると、設定している回転方向を切り換える。回転方向設定部４５は、回転方向を時計回りＣＷに設定している状態で、回転方向切換指示信号ｓｗｉｔｃｈが入力されると、回転方向を反時計周りＣＣＷに切り換え、回転方向を反時計周りＣＣＷに設定している状態で、回転方向切換指示信号ｓｗｉｔｃｈが入力されると、回転方向を時計回りＣＷに切り換える。

【0023】

位置推定部４６と、ＤＣモータ３から入力されるＵ相ホール素子信号入力ＨＵ、Ｖ相ホール素子信号入力ＨＶ、Ｗ相ホール素子信号入力ＨＷに基づいて、ＤＣモータ３のステータに対するロータの位置を推定し、位置推定信号を回転制御部４７に出力する。

【0024】

また、位置推定部４６は、ＤＣモータ３から入力されるＵ相ホール素子信号入力ＨＵ、Ｖ相ホール素子信号入力ＨＶ、Ｗ相ホール素子信号入力ＨＷに基づいて、ＤＣモータ３の回転数をモニタするための回転数検出出力ＦＧを生成する。

【0025】

位置推定部４６によって生成される回転数検出出力ＦＧは、回転方向設定部４５に設定されているＤＣモータ３の回転方向（ＣＷｏｒＣＣＷ）に対応して２つの異なる仕様が用意されている。例えば、回転方向設定部４５が回転方向を時計回りＣＷに設定している場合、ＤＣモータ３が１周回転する際に４回パルスを出力する設定を回転数検出出力ＦＧの第１の仕様とし、回転方向設定部４５が回転方向を反時計周りＣＣＷに設定している場合、ＤＣモータ３が１周回転する際に回転数検出出力ＦＧから１２回パルスを出力する設定を回転数検出出力ＦＧの第２の仕様とする。なお、回転数検出出力ＦＧの２つの異なる仕様は、回転数検出出力ＦＧを用いてセットメーカー側の機器でＤＣモータ３の回転方向を判別可能であれば良い。従って、回転数検出出力ＦＧの２つの異なる仕様は、パルス幅、デューティ、パルス振幅、パルス数のいずれかもしくは組み合わせで判別可能にしても良い。

【0026】

回転制御部４７は、速度指令値生成部４４１から入力される速度指令値ｓｐと、位置推定部４６から入力される位置推定信号とに基づいて、ＤＣモータ３を速度指令値ｓｐの回転速度で回転方向設定部４５に設定された回転方向（ＣＷｏｒＣＣＷ）に回転させる駆動制御信号をドライバ４３に出力し、ドライバ４３は、インバータ４２を駆動制御するための駆動信号を生成し、生成した駆動信号をインバータ４２に出力する。

【0027】

また、回転制御部４７は、指令判別部４４４からテストモード指示信号ｔｅｓｔが入力された場合、予め設定されたテストモードでＤＣモータ３を回転させる駆動制御信号をドライバ４３に出力する。

【0028】

以上説明したように、本実施の形態によれば、アナログ電圧である速度指令入力ＶＳＰに基づいてＤＣモータ３の回転速度を制御するモータ駆動装置４０であって、下側閾電圧Ｖ_ｓｐＬ～上側閾電圧Ｖ_ｓｐＨの範囲内の速度指令入力ＶＳＰからＤＣモータ３の回転速度を指示する速度指令値ｓｐを生成する速度指令値生成部４４１と、上側閾電圧Ｖ_ｓｐＨよりも高い指令判別閾電圧Ｖ_ｔｈを上回る速度指令入力ＶＳＰの入力パターン（他指令入力パターン）に基づいて、速度指令入力ＶＳＰに含まれる回転方向切換指令を判別する指令判別部４４４と、ＤＣモータ３の回転方向を時計回りＣＷと反時計周りＣＣＷとのいずれかに設定し、指令判別部４４４によって回転方向切換指令が判別されると、設定している回転方向を切り換える回転方向設定部４５と、速度指令値ｓｐの回転速度で回転方向設定部４５に設定された回転方向にＤＣモータ３を回転させる回転制御部４７と、を具備する。
この構成により、モータメーカーとセットメーカーとの間で取り決められている５本の信号線に含まれる速度指令入力ＶＳＰを用いてＤＣモータ３の回転方向の切り換えを制御できる。

【0029】

さらに、本実施の形態は、指令判別部４４４は、回転方向切換指令を判別する他指令入力パターンとは異なる他指令入力パターンに基づいて、テストモード指令を判別し、回転制御部４７は、指令判別部４４４によってテストモード指令が判別されると、予め設定されたテストモードでＤＣモータ３を回転させる。
この構成により、速度指令入力ＶＳＰによってテストモード指令と回転方向切換指令とを受け付けることができる。

【0030】

さらに、本実施の形態によれば、ＤＣモータ３から入力信号に基づいて、ＤＣモータ３のステータに対するロータの位置を推定し、ＤＣモータ３の回転数をモニタするための回転数検出出力ＦＧを出力する位置推定部４６を備え、位置推定部４６は、回転方向設定部４５に設定された回転方向に応じて異なる仕様の回転数検出出力ＦＧを出力する。
この構成により、モータメーカーとセットメーカーとの間で取り決められている５本の信号線に含まれる回転数検出出力ＦＧによってＤＣモータ３の回転方向を判別できる。

【0031】

以上、本発明を具体的な実施形態で説明したが、上記実施形態は一例であって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更して実施できることは言うまでもない。

【符号の説明】

【0032】

１ 電気機器
２ モータ装置
３ ＤＣモータ
４、４０ モータ駆動装置
１１ 本体制御回路
４１ 電源回路
４２ インバータ
４３ ドライバ
４４ 速度指令判定部
４５ 回転方向設定部
４６ 位置推定部
４７ 回転制御部
４４１ 速度指令値生成部
４４２ 分圧回路
４４３ 比較器
４４４ 指令判別部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】