(57)【要約】【課題】比較的簡易な構成でモータ負荷を推定しモータ出力を制御できるモータ出力制御装置を提供する。【解決手段】制御部５はモータ負荷６の変動に伴う直流電源電圧（ＶＤＤ）の変化を当該制御部５に入力される検出電圧（ＶＤＤ´）を通じて監視し、該検出電圧（ＶＤＤ´）の変化からモータ負荷６の大きさを推定しモータ出力を制御する。【選択図】図１
2006333641.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源からの交流入力を整流する第１の整流部と、該第１の整流部と変圧器の１次巻線とスイッチング素子とが直列に接続されたスイッチング回路と、変圧器の２次巻線と直列に接続され直流電源電圧を生成する第２の整流部と、該第２の整流部からフィードバックされる直流電源電圧に基づきスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦするタイミングを切換え制御する電源制御部を備えたスイッチング電源部と、
スイッチング電源部で生成された直流電源電圧が供給されるモータ駆動回路と、
モータ負荷に応じた電圧指令値をモータ駆動回路へ出力する制御部を備え、
制御部は、スイッチング電源部のスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦするタイミングを監視することでモータ負荷の大きさを推定しモータ出力を制御することを特徴とするモータ出力制御装置。
【請求項２】
制御部は、電源制御部によるスイッチング素子のＯＮデューティと負荷電力特性からモータ負荷の大きさを推定しモータ出力を制御することを特徴とする請求項１記載のモータ出力制御装置。
【請求項３】
交流電源からの交流入力を整流する整流部と、
少なくとも１のリアクタを有し当該リアクタに直流電流を流すための少なくとも１のスイッチング素子を有する昇圧型若しくは降圧型のＤＣ−ＤＣコンバータ部と、
コンバータ部で生成された直流電源電圧が供給されるモータ駆動回路と、
モータ負荷に応じた電圧指令値をモータ駆動回路へ出力する制御部を備え、
制御部は、ＤＣ−ＤＣコンバータ部のスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦするタイミングを監視することでモータ負荷の大きさを推定しモータ出力を制御することを特徴とするモータ出力制御装置。
【請求項４】
制御部は、ＤＣ−ＤＣコンバータ部によるスイッチング素子のＯＮデューティと負荷電力特性からモータ負荷の大きさを推定しモータ出力を制御することを特徴とする請求項３記載のモータ出力制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばＤＣブラシレスモータ、ステップモータなどを駆動源に用いたモータ出力制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、シャッター、パワーウィンドウなどの開閉体をモータ駆動により開閉するモータ駆動装置においては、モータ負荷の大きさに応じた適正な駆動電圧を印加して開閉体を適正な速度で開閉し、該開閉体が障害物や人を誤って挟み込まないようにするため、負荷検出回路が設けられている。モータ駆動装置における負荷検出回路の一例を以下に説明する。尚、以下の負荷検出回路において同一の部材には同一番号を付して説明を援用するものとする。また、何れの回路においても、電源出力は安定しているものとし、不安定な場合は電源電圧をフィードバックさせるようになっている。
【０００３】
図５において、商用電源（交流電源）５１を電源部５２にて整流して得られる直流電源電圧を、出力段（モータ駆動回路）５３へ供給する。制御部５４は出力段５３にモータ電圧（制御電圧）がモータ負荷５５に応じて適正電圧になるよう制御信号（指令値）を出力する。このとき、モータ駆動電圧がモータ負荷５５応じて適正か否かを検出するために、モータ駆動回路（出力段）５３に電流検出部５６が設けられる。電流検出部５６は、モータ駆動回路（出力段）５３に電流センサを設けて電流値を取得する。又は出力段５３に電流検出抵抗を設けてＩ−Ｖ変換して電流値を取得する。そして、電圧指令値Ｖと電流値ＩよりＶ×Ｉ＝Ｗより負荷を検出する。電流検出部５６で検出された負荷は、制御部５４へフィードバックされ、制御部５４はモータ負荷５５に見合った制御信号（指令値）をモータ駆動回路（出力段）５３へ出力するか、過負荷／軽負荷の判定を行い異常状態として動作を停止する。
【０００４】
図６において、負荷検出回路を説明する。モータ５７にタコジェネレータや磁気センサ（ホール素子）、光学式エンコーダ等の速度検出部５８が設けられている。速度検出部５８がパルス出力の場合は、出力パルスの出力周波数をＦ−Ｖ変換して速度値を取得する。又は出力周波数から直接速度を取得する。速度検出部５８で検出された速度値は、制御部５４へフィードバックされる。制御部５４は速度値と電圧指令値より、図８のトルク−速度カーブ特性に基づいて負荷（トルク）を検出する。そして、制御部５４はモータ負荷に見合った制御信号（電圧指令値）をモータ駆動回路（出力段）５３へ出力するか、過負荷／軽負荷の判定を行い異常状態として動作を停止する。
【０００５】
図７において、例えば駆動源がステッピングモータ５９の場合には、モータの回転速度が決まっているため、モータ駆動回路（出力段）５３に電流検出部５６が設けられる。電流検出部５６は、モータ駆動回路（出力段）５３に電流センサを設けて電流値を検出し、検出された電流値は制御部５４へフィードバックされる。制御部５４は、図９において速度指令値ω、励磁電流指令値Ｉｇのもとで、電流値Ｉよりトルク−電流カーブ特性に基づいて負荷（トルク）を検出する。そして、制御部５４はモータ負荷に見合った制御信号（電圧指令値及び速度指令値）をモータ駆動回路（出力段）５３へ出力するか、過負荷／軽負荷の判定を行い異常状態として動作を停止する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述したモータ駆動装置における負荷検出回路において、例えば出力段５３に電流検出部５６を設けてＩ−Ｖ変換を行う場合には、モータ負荷５５から検出される検出信号が正弦波であったり、矩形波であったり或いはのこぎり波だったりするため、検出信号の処理に複雑な演算回路を用いて負荷を検出している。かかる演算回路においては、多数のデジタルフィルターを用いることによる部品コストや、乗算商算などの内部処理を行うための演算負荷が発生する。
【０００７】
本発明はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、比較的簡易な構成でモータ負荷を推定しモータ出力を制御できるモータ出力制御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】
本発明は上記目的を達成するため、次の構成を備える。
交流電源からの交流入力を整流する第１の整流部と、該第１の整流部と変圧器の１次巻線とスイッチング素子とが直列に接続されたスイッチング回路と、変圧器の２次巻線と直列に接続され直流電源電圧を生成する第２の整流部と、該第２の整流部からフィードバックされる直流電源電圧に基づきスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦするタイミングを切換え制御する電源制御部を備えたスイッチング電源部と、スイッチング電源部で生成された直流電源電圧が供給されるモータ駆動回路と、モータ負荷に応じた電圧指令値をモータ駆動回路へ出力する制御部を備え、制御部はスイッチング電源部のスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦするタイミングを監視することでモータ負荷の大きさを推定することを特徴とする。
また、制御部は電源制御部によるスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦデューティと負荷電力特性からモータ負荷の大きさを推定することを特徴とする。
他の手段としては、交流電源からの交流入力を整流する整流部と、少なくとも１のリアクタを有し当該リアクタに直流電流を流すための少なくとも１のスイッチング素子を有する昇圧型若しくは降圧型のＤＣ−ＤＣコンバータ部と、コンバータ部で生成された直流電源電圧が供給されるモータ駆動回路と、モータ負荷に応じた電圧指令値をモータ駆動回路へ出力する制御部を備え、制御部は、ＤＣ−ＤＣコンバータ部のスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦするタイミングを監視することでモータ負荷の大きさを推定しモータ出力を制御することを特徴とする。
また、制御部は、ＤＣ−ＤＣコンバータ部によるスイッチング素子のＯＮデューティと負荷電力特性からモータ負荷の大きさを推定しモータ出力を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
上述したモータ出力制御装置を用いれば、制御部はスイッチング電源部若しくはＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦするタイミングを監視することで、スイッチング素子のＯＮデューティと負荷電力特性からモータ負荷の大きさを推定し、負荷に見合ったモータの出力制御をすることができる。
したがって、制御部は、モータ駆動回路へ出力する電圧指令値を変更したり、基準値（閾値）と比較することにより軽負荷、過負荷を検出したりすることができる。特に、１の直流電源電圧に１のモータ負荷を対応させて、当該直流電源電圧を監視することでモータ負荷の大きさを推定できるので、制御回路の構成を簡略化することができる。
また、制御部は電源制御部やＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチング制御信号を監視するため、モータ負荷を推定するための複雑な演算処理や波形変換が不要であり、比較的簡易な回路構成でモータ負荷の大きさが推定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明に係るモータ出力制御装置の最良の実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。本実施形態におけるモータ出力制御装置は、例えば電源部にＤＣ−ＤＣコンバータやフライバックレギュレータなどの定電圧駆動を行うためのスイッチング電源部を備えたモータ駆動装置に好適に用いられる。
【００１１】
図１及び図２を参照して、モータ出力制御装置について説明する。
図１において、スイッチング電源部１の構成について説明する。
交流電源２は例えば商用電源（ＡＣ１００Ｖ）が用いられる。交流電源２からの交流入力は第１の整流部４ａにより整流される。この第１の整流部４ａと変圧器（高周波トランス）３の１次巻線及びスイッチング素子６は直列に接続され、スイッチング回路が形成されている。スイッチング素子６は安定した定電圧源を作るため設けられ、例えばトランジスタ、ＩＧＢＴなどが用いられる。変圧器（高周波トランス）３の２次巻線と第２の整流部４ｂとは直列に接続されており、当該変圧器（高周波トランス）３の２次巻線から発生したパルス電圧は整流部４ｂによって整流されて直流電源電圧が生成される。この直流電源電圧がモータ駆動回路（出力段）８へ供給される。また、電源制御部５は、第２の整流部４ｂからフィードバックされる直流電源電圧に基づいてスイッチング素子６をＯＮ／ＯＦＦするタイミングを切換え制御する。
【００１２】
制御部７はモータ駆動回路（出力段）８へモータ負荷９の大きさに応じた駆動電圧が適正になるよう制御信号（電圧指令値）を出力する。制御部７は、一般に電圧指令値としてＰＷＭ（パルス幅変調）制御指令を出力し、モータ駆動回路（出力段）８はモータ駆動電圧をＰＷＭ制御しているため、モータ電圧は直流電源電圧×ＰＷＭ制御のデューティ比で決定される。モータ駆動回路（出力段）８は、整流部４で生成された直流電源電圧（ＶＤＤ）が供給される。
【００１３】
また、制御部７はスイッチング電源部１のスイッチング素子(ＳＷ)６のＯＮ／ＯＦＦするタイミングを監視することでモータ負荷９の大きさを推定する。即ち、図２における電源制御部５によるスイッチング素子(ＳＷ)６のＯＮデューティ（％）と負荷電力（Ｗ）特性曲線からモータ負荷９の大きさを推定し、負荷の大きさに見合ったモータの出力制御を行なうことができる。
この結果、制御部７は、モータ駆動回路（出力段）８へ出力する電圧指令値を変更したり、基準値（閾値）と比較することにより軽負荷、過負荷を検出したりすることができる。特に、１のスイッチング電源部１に１のモータ負荷９を対応させて、スイッチング素子(ＳＷ)６のＯＮ／ＯＦＦするタイミングを監視することでモータ負荷９の大きさを推定できるので、制御回路の構成を簡略化することができる。
また、制御部７は電源制御部５のスイッチング制御信号を監視するため、モータ負荷９の大きさを推定するための複雑な演算処理や波形変換が不要であり、比較的簡易な回路構成でモータ負荷９の大きさが推定できる。
【００１４】
次に、モータ出力制御装置の他例について、図３及び図４のブロック図を参照して説明する。図１と同一部材には同一番号を付して説明を援用するものとする。
以下では、スイッチング電源部１に替えてＤＣ−ＤＣコンバータ部を用いたモータ出力制御装置を例示する。図３は昇圧型のＤＣ−ＤＣコンバータ部、図４は降圧型のＤＣ−ＤＣコンバータ部を用いたブロック図を示す。
【００１５】
図３において、交流電源２からの交流入力が整流部１１にて整流され、昇圧型のＤＣ−ＤＣコンバータ部１０へ供給される。ＤＣ−ＤＣコンバータ部１０には整流部１１から直流電圧がリアクタ１２に供給される。リアクタ１２には整流部（ダイオードなど）１３、平滑部（コンデンサなど）１４が直列に接続されている。平滑部１４で生成された直流電源電圧は、出力段に設けられるモータ駆動回路８へ供給されると共に、電源制御部１５へフィードバックされる。電源制御部１５は、平滑部１４で生成される直流電源電圧の値が目標値となるように、リアクタ１２に直流電流を流すためのスイッチング素子（ＦＥＴなど）１６をＯＮ／ＯＦＦ制御する。電源制御部１５は、スイッチング素子１６がＯＦＦしている間にリアクタ１２に蓄えられたエネルギーを整流部１３へ供給して直流電源電圧を生成し、ＯＮするとリアクタ１２にエネルギーが蓄えられるようになっている。
【００１６】
制御部７は、電源制御部１５のスイッチング素子１６のＯＮ／ＯＦＦするタイミングを監視することでモータ負荷の大きさを推定する。即ち、制御部７は、ＤＣ−ＤＣコンバータ部１０によるスイッチング素子１６のＯＮデューティと負荷電力特性（図２参照）からモータ負荷の大きさを推定する。そして、制御部７はモータ負荷に見合った電圧指令値をモータ駆動回路８へ出力するようにモータ出力を制御する。
【００１７】
図４において、交流電源２からの交流入力が整流部１１にて整流され、降圧型のＤＣ−ＤＣコンバータ部１０へ供給される。ＤＣ−ＤＣコンバータ部１０には整流部１１からスイッチング素子（ＦＥＴなど）１６を経て直流電圧がリアクタ１２に供給される。リアクタ１２には平滑部（コンデンサなど）１４が直列に接続されている。平滑部１４で生成された直流電源電圧は、出力段に設けられるモータ駆動回路８へ供給されると共に、電源制御部１５へフィードバックされる。電源制御部１５は、リアクタ１２に直流電流を流すためのスイッチング素子（ＦＥＴなど）１６をＯＮ／ＯＦＦ制御する。スイッチング素子１６がＯＮしている間に直流電源電圧を生成し、ＯＦＦするとリアクタに蓄えられるエネルギーが整流部１３を通じて放出されるようになっている。
【００１８】
制御部７は、電源制御部１５のスイッチング素子１６のＯＮ／ＯＦＦするタイミングを監視し、スイッチング素子１６のＯＮデューティと負荷電力特性（図２参照）からモータ負荷の大きさを推定する。そして、制御部７はモータ負荷に見合った電圧指令値をモータ駆動回路８へ出力するようにモータ出力を制御する。
【００１９】
電源部にＤＣ−ＤＣコンバータ１０を用いた場合にも、当該ＤＣ−ＤＣコンバータ１０に設けられる電源制御部１５のスイッチング素子１６のＯＮ／ＯＦＦするタイミングを監視することで、モータ負荷の大きさが推定できる。よって、比較的簡易な回路構成で負荷に見合ったモータの出力制御をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】モータ出力制御装置のブロック図である。
【図２】負荷電力−ＯＮデューティ特性を示すグラフ図である。
【図３】他例に係るモータ出力制御装置のブロック図である。
【図４】他例に係るモータ出力制御装置のブロック図である。
【図５】従来のモータ駆動回路のブロック図である。
【図６】従来のモータ駆動回路のブロック図である。
【図７】従来のモータ駆動回路のブロック図である。
【図８】トルク−速度特性、トルク−電流特性を示すグラフ図である。
【図９】所定速度指令値、励磁電流指令値におけるトルク−電流カーブ特性を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００２１】
１  スイッチング電源部
２  交流電源
３  変圧器
４ａ  第１の整流部
４ｂ  第２の整流部
５  電源制御部
６、１６  スイッチング素子
７  制御部
８  モータ駆動回路
９  モータ負荷
１０  ＤＣ−ＤＣコンバータ部
１１、１３  整流部
１２  リアクタ
１４  平滑部
１５  電源制御部
【図１】
2006333641.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006333641.tif 000009
【図８】
2006333641.tif 000010
【図９】
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