(57)【要約】【課題】モータの駆動信号による騒音の発生を低減できるモータのＰＷＭ制御装置を提供する。【解決手段】モータの制御手段が、人の可聴域の範囲より高い第１の周波数のパルス群からなる第１モードと、第１の周波数の１周期より長い時間モータに電圧を供給する第２モードと、第１の周波数の１周期より長い時間モータへの電圧印加を停止する第３モードの３つのモードからなる信号を一群として、人の可聴域の範囲より低い第２の周波数で出力するものであるとともに、第２の周波数の１周期の中で、少なくとも第１モードと第3モードの出力時間が可変可能に制御されるものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータと、前記モータを駆動制御する制御手段と、前記モータの過電流を検知する過電流検知手段とを少なくとも備え、前記制御手段が人の可聴域の範囲より高い第１の周波数のパルス群からなる第１モードと、前記第１の周波数の１周期より長い時間モータに電圧を供給する第２モードと、前記第１の周波数の１周期より長い時間モータへの電圧印加を停止する第３モードの３つのモードからなる信号を一群として、人の可聴域の範囲より低い第２の周波数で出力するものであることを特徴とするモータのＰＷＭ制御装置。
【請求項２】
前記過電流検出手段が、前記第２モードの出力中に前記モータに流れる電流を検知するよう構成されたものであることを特徴とする、請求項１記載のモータのＰＷＭ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被駆動体を回転駆動するモータの回転制御に用いられるＰＷＭ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、モータで被駆動体を安定して回転制御する方法として、モータをＰＷＭ制御する方法がある。
ＰＷＭ制御は、モータのオンオフ制御をパルスによって行う方法であるが、パルス駆動によるモータの振動や音が発生する。
そのため、構造部品の共振領域や人の可聴領域とされる２０Ｈｚから２０ｋＨｚを除く周波数に設定することが好ましいとされている。
【０００３】
このようなＰＷＭ制御方法において、可聴域以外のパルス周波数でモータを駆動制御する技術が、特許文献１に開示されている。
【０００４】
特許文献１の技術は、図４に示すように、被駆動体と、被駆動体を駆動するモータと、モータをＰＷＭ制御するモータ制御手段とを備え、ＰＷＭ制御の１周期の中に、被駆動体の共振周波数に対応した周波数のパルス群からなる第１デューティ５１と、第１デューティのパルス群の周波数よりも高い周波数のパルス群からなる第２デューティ５２を有し、１周期中で２つのパルス群の出現する比率を変更できるよう構成されたものである。
すなわち、第1デューティ５１は振動としての共振現象を起こさない領域で、かつ大きなトルクを得ることができる５００Ｈｚの周波数のパルス群で、第２デューティ５２はリップル電流が少なく、かつ音として支障のない可聴域以上の２０ＫＨｚのパルス群の２つのパルス群を合成したものである。この２つのパルス群を５０Ｈｚの１周期中で合成し、駆動負荷が大きい被駆動体の作動開始時においては、第１デューティ５１のパルス群の時間比率を大きくし、駆動負荷が軽減するに伴って第１デューティ５１のパルス群の比率を小さくし、被駆動体が安定して作動するようになると第２デューティ５２のパルス群だけで駆動するよう構成したものである。
【０００５】
また一方、このようなモータの駆動においては、使用中におけるモータの異常や短絡等からモータや駆動装置を保護する方法として、モータの駆動回路にシャント抵抗を設けてモータに流れる電流を検知し、過電流が発生した場合はモータの駆動を停止することが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２３４８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１のＰＷＭ制御方法においては、次のような課題がある。
すなわち、モータの駆動立ち上がり時に用いる周波数が、可聴域の範囲の周波数であり、大きな騒音を発生させる。また、モータの立ち上がり時と、回転状態が安定した時にそれぞれ異なる2つの周波数を用いていることから、２つの周波数の発生手段が必要となる。
さらにまた、モータの負荷に応じてこれら２つの周波数の比率を制御する制御手段が必要となり、モータ駆動回路が複雑で、高価になる課題がある。
【０００８】
また、モータを駆動する場合において、モータの短絡等によるモータや駆動回路の損傷を防ぐために異常検知を行う必要があるが、特許文献１のようなモータの駆動方法において、通常回転時は可聴域より高い２０ＫＨｚの周波数のパルス群で駆動するため、オンパルスの時間が短かく、正常な状態の時と短絡等が発生した場合の回路に流れる電流量の差が小さく、異常を判断するための検知手段を高精度に検知できる構成にする必要があり、高価になる課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、このような課題を解決するもので、騒音の少ないモータの駆動制御と、モータの短絡等の異常検知を、簡単な構成で安価に実現するＰＷＭ駆動制御装置を得ることを目的とする。
【００１０】
上記目的を達成する第１の発明によるモータのＰＷＭ制御装置は、モータと、モータを駆動制御する制御手段と、モータの過電流を検知する過電流検知手段とを少なくとも備え、制御手段が、人の可聴域の範囲より高い第１の周波数のパルス群からなる第１モードと、前記第１の周波数の１周期より長い時間モータに電圧を供給する第２モードと、前記第１の周波数の１周期より長い時間モータへの電圧印加を停止する第３モードの３つのモードからなる信号を一群として、人の可聴域の範囲より低い第２の周波数で出力するものであることを特徴とする。
【００１１】
また、上記目的を達成する第２の発明によるモータのＰＷＭ制御装置は、過電流検出手段が、第２モードの出力中にモータに流れる電流を検知するよう構成されたものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
このように、人の可聴域の範囲を含まない周波数でモータを駆動することで、騒音の小さなモータ制御のＰＷＭ制御装置を提供することができる。
また、モータを駆動する出力信号のうち、通電時間が長くて可変しない第２モードの出力中にモータに流れる電流を検出することで、異常状態での電流の変化を確実に検出でき、過電流による焼失を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態におけるモータのＰＷＭ制御信号を示す図
【図２】本発明のＰＷＭ制御回路のブロック図
【図３】図２の構成のＰＷＭ制御回路のフローチャート
【図４】従来のＰＷＭ制御方法におけるＰＷＭ制御信号
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（実施の形態）
本発明による実施の形態１について、図１から図３を用いて説明する。
図１は、モータのＰＷＭ制御装置から出力されるＰＷＭ制御信号１０を示す。ＰＷＭ制御信号１０は、人の可聴域の範囲より高い領域の周波数ｆ１からなるパルス群が出力されるパルスモード１１と、周波数ｆ１の１パルスの周期より長い時間モータに電圧を連続供給する通電モード１２と、通電モード１２によるモータの回転数の上昇を抑制するための周波数ｆ１の１パルスの周期より長い時間モータへの電圧を停止する停止モード１３の３つのモードから構成されている。
この３つのモード１１、１２、１３は、順次連続して繰り返し発生され、その周期１４は人の可聴域の範囲より低い周波数ｆ２の１周期である。
【００１５】
図２は、本発明による１実施の形態のＰＷＭ制御装置の構成を示すブロック図である。
１は被駆動体（図示せず）の駆動源である直流モータで、２はモータ１を駆動する駆動手段、３はモータ１の回転を制御するモータ駆動制御手段、４はモータの短絡等の異常状態を検出する異常検知手段である。
【００１６】
駆動手段２は、電源部２１と、モータ１への電源供給をスイッチング制御するトランジスタ２２とから構成されている。
【００１７】
モータ駆動制御手段３は、モータ１の駆動をオンオフする駆動指令部３１と、モータ１を回転制御するパルスモード１１と通電モード１２と停止モード１３の３つのモードを選択するモード選択部３２と、３つのモードに対応したそれぞれの信号を生成する制御信号生成部３３とから構成されている。
【００１８】
異常検知手段４は、モータ１と直列に設けられたシャント抵抗４１と、電圧を平滑にする抵抗４２とコンデンサ４３と、平滑化された電圧をデジタル変換するＡＤ変換部４４と、デジタル化された電圧から異常か否かを判定する異常判定部４５から構成されている。
【００１９】
このような構成のＰＷＭ制御装置の動作フローを、図３を用いて説明する。
ステップＳ１でモータ１の駆動状態を判断し、モータ１が停止中の場合は、ステップＳ２に進み、駆動指令部３１からモータの駆動指令があればステップＳ３に進み、パルスモード１１が選択されて制御信号生成部３３から周波数ｆ１のパルス信号を所定時間ｔ１出力してモータ１を駆動する。モータの駆動指令がなければ終了となり、モータ１は停止したままとなる。
ステップＳ１でモータ１が駆動中の場合は、ステップＳ４に進み、パルスモード１１の信号を出力しているか判断する。パルスモード１１の信号を出力している場合は、ステップＳ５に進み、出力を終了するか判断し、終了する場合はステップＳ６に進み、通電モード１２の出力設定を行い、制御信号生成部３３からＨｉ信号を所定時間ｔ２出力してモータ１を駆動する。パルスモード１１の出力を終了していない場合は、引き続きパルスモード１１でモータ１を駆動する。
ステップＳ４でパルスモード１１の出力をしていない場合は、ステップＳ７に進み、通電モード１２の出力をしているか判断する。通電モード１２の出力をしている場合は、ステップＳ８に進み、通電モード１２の出力を終了するか判断し、終了する場合はステップＳ９に進み、停止モード１３の設定を行い、制御信号生成部３３からＬｏ信号を所定時間ｔ３出力してモータ１を制御する。通電モード１２での出力を終了しない場合は、引き続きＨｉ信号を出力してモータ１を駆動する。
ステップＳ７で通電モード１２の出力をしていない場合は、ステップＳ１０に進み、停止モード１３での出力を終了するか判断し、終了する場合はステップＳ１１に進み、パルスモード１１の出力設定を行い、パルス信号を出力してモータ１を駆動する。停止モード１３の出力を終了しない場合は、引き続きＬｏ信号を出力してモータ１を制御する。
【００２０】
このように、本発明によるＰＷＭ制御装置においては、パルスモード１１と、通電モード１２と停止モード１３の３つのモードが順次連続して選択され、それぞれのモードの設定時間の合計時間（ｔ＝ｔ１＋ｔ２＋ｔ３）を周期とした周波数ｆ２でモータ１は駆動制御される。
【００２１】
次に、異常検知手段４によるモータ１の異常検知の方法について説明する。
異常検知は、モード選択部３２で通電モード１２が選択されているときに行われる。モータ１に流れる電流はシャント抵抗４１で電圧に変換され、電圧は抵抗４２とコンデンサ４３によって平滑化され、ＡＤ変換部４４に入力される。
ＡＤ変換部４４でデジタル変換された電圧値は、異常判定部４５で予め定められた正常時の電圧値を閾値として比較され、閾値より小さい場合は正常と判断し、閾値より大きい場合は異常と判断し、異常と判断された場合はモータの駆動を停止する。
【００２２】
次に、本発明の１実施の形態の詳細を、空気清浄機のファンを駆動するモータに用いた場合の例に説明する。
空気清浄機は、一般的に数段階の風量制御が設定されていてファンに直結したモータの回転数が可変されるようになっている。
空気清浄機は騒音の低減が重要であり、モータのＰＷＭ駆動制御には可聴域以上の周波数ｆ１として３０ＫＨｚのパルス信号を用いた。
【００２３】
（実験１）
最初に、３０ＫＨｚの周波数のパルス信号をデューティ１００％で連続して通電した。このときの空気清浄機のモータの回転数は約６０００ｒｐｍとなった。次にパルス信号のデューティを５０％に変更して同様に連続して通電した。このときモータの回転数は３８００ｒｐｍとなった。
【００２４】
（実験２）
次に、実験１を基に空気清浄機の設計仕様を求めるため、本発明の３つの信号入力モードのパラメータを変化して実験した。パルス信号の周波数は実験１と同じ３０ＫＨｚの周波数のパルス信号である。変更したパラメータは、パルスモード１１でのパルス信号のデューティと入力時間（ｔ１）、停止モード１３でのＬｏ信号の入力時間（ｔ３）である。
この実験においてこの実験において異常検知の実験を併せて行うため、通電モード１２の時間ｔ２は０．１秒とした。これは、検知の誤動作を防止する方法として複数回の検知を行うために必要な時間を確保するためである。実験の結果を下表に示す。
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【００２５】
以上の結果により、実験に用いた空気清浄機の運転モードを可変する場合は、パルス信号のデューティとパルスモード１１の通電時間ｔ１と停止モード１３の時間ｔ３をそれぞれ可変することで、所望する１０００〜３０００ｒｐｍの回転数を得ることができた。
また、この実験において、モータを意図的に短絡させたとき、シャント抵抗４１に流れる電流値は閾値より明らかに大きく、ただちにモータへの駆動信号を停止することが確認できた。
【００２６】
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、パルスモード１１の周波数としては、人の可聴域の範囲外であればよく、また３つのモードのうち通電モード１２の出力時間を固定し、パルスモード１１と停止モード１３の出力時間を可変するよう構成したが、少なくとも通電モード１２の出力時間を異常検知できる時間以上であれば、３つのモードの出力時間を可変することで、被駆動体の負荷等によって最適値を選択できることがさらに容易になる。
また、３つのモードの繰り返し周期は、人の可聴域の範囲より低い領域で、構造部品が共振しない周波数であればよい。
また、３つのモードの信号を出力する順番は、パルスモード１１、通電モード１２、停止モード１３の順に説明したが、順番が制約されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
以上より、本発明によるモータのＰＷＭ制御装置によれば、人の可聴域の範囲を含まない周波数のパルス信号を用いてモータの回転を制御することで、騒音を小さくすることができるという効果が得られ、モータを用いた装置に有用である。
【符号の説明】
【００２８】
１    モータ
２    電源手段
３    制御手段
４    異常検知手段
１０  ＰＷＭ制御信号
１１  パルスモード
１２  通電モード
１３  停止モード
３３  制御信号発生部
４１  シャント抵抗
４５  異常判定部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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