(57)【要約】【課題】  回転速度指令範囲を回転数制御範囲に対応させ、良好な制御特性を得ることができるモータの駆動制御装置を提供する。【解決手段】  モータの駆動制御装置１は、外部から入力する回転数指令電圧Ｖｓ１とモータ２０のゲイン設定信号Ｓｇに基づき、モータ２０を駆動制御するための駆動制御信号Ｓｄを生成する制御回路部３と、制御回路部３から入力する駆動制御信号Ｓｄに基づき、モータ２０の回転数を制御するモータ駆動部２と、モータ２０の回転数に対応した周波数信号Ｓｆを検出するＦＧ検出部ＦＧと、ＦＧ検出部ＦＧから入力する周波数信号Ｓｆを直流電圧信号Ｓｖに変換するとともに、モータ２０の回転数制御範囲に応じて、回転数指令電圧Ｖｓ１の範囲が回転数制御範囲に対応するように、直流電圧信号Ｓｖをゲイン調整したゲイン設定信号Ｓｇを生成して、制御回路部３に出力するゲイン設定回路部４と、を備える。【選択図】図１
2015171204.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から入力する回転数指令情報とモータの回転数帰還情報に基づき、前記モータを駆動制御するための駆動制御信号を生成する制御回路部と、
前記制御回路部から入力する前記駆動制御信号に基づき、モータの回転数を制御するモータ駆動部と、
前記モータの回転周波数情報及び回転位置情報の少なくとも一方に基づき回転数情報を検出する回転数情報検出部と、
前記回転数情報検出部から入力する前記回転数情報を電圧情報に変換するとともに、前記モータの回転数制御範囲に応じて、前記回転数指令情報の範囲が前記回転数制御範囲に対応するように、前記電圧情報をゲイン調整した前記回転数帰還情報を生成して、前記制御回路部に出力するゲイン設定回路部と、
を備える、モータの駆動制御装置。
【請求項２】
前記ゲイン設定回路部は、
前記回転数情報を前記電圧情報に変換するＦ／Ｖ変換回路と、
前記モータの回転数制御範囲に応じたゲイン指令情報を入力し、該ゲイン指令情報に基づき、前記電圧情報をゲイン調整した前記回転数帰還情報を生成するゲイン調整回路と、
を含む、
請求項１に記載のモータの駆動制御装置。
【請求項３】
前記ゲイン調整回路は、
前記ゲイン指令情報に応じたゲイン情報を記憶する複数のゲイン記憶部を有するゲイン記憶回路を備え、
前記ゲイン指令情報に応じて選択された特定のゲイン記憶部が記憶する前記ゲイン情報に基づき、前記電圧情報をゲイン調整して前記回転数帰還情報を生成する、
請求項２に記載のモータの駆動制御装置。
【請求項４】
前記ゲイン調整回路は、前記ゲイン指令情報に応じて前記複数のゲイン記憶部のいずれかを選択するゲイン選択回路を備える、
請求項３に記載のモータの駆動制御装置。
【請求項５】
前記ゲイン設定回路部から出力される前記回転数帰還情報の前記制御回路部への入力を遮断可能なゲイン調整無効化回路をさらに備え、
前記制御回路部は、ゲイン調整無効化回路によって前記回転数帰還情報の入力が遮断されたときは、前記回転数指令情報のみに基づく前記駆動制御信号を生成する、
請求項１に記載のモータの駆動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータの駆動制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、外部からの速度指令情報に基づき、モータの回転速度を制御するモータ駆動制御装置がある。例えば、モータの実際の回転速度を速度指令情報に可能な限り近づけるため、モータの回転数情報（モータ速度情報あるいはモータ位置情報）を検出し、それをフィードバックし、指令速度に一致するようにするクローズドループ制御を行うモータ駆動制御装置が開示されている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
特許文献１には、速度指令とモータ速度またはモータ位置に基づいて作成された速度フィードバックとを入力し速度フィードバックが速度指令に一致するよう速度制御を行いトルク指令を出力する速度制御部と、トルク指令を入力しトルク指令のノイズ成分を除去するフィルタを備えモータ駆動電流をモータへ出力するトルク制御部と、モータの位置または速度を検出し信号を出力する検出器とを備えたモータ制御装置の制御パラメータ設定装置について記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−６４１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のモータの駆動制御装置では、負荷として使用するモータがどの回転数制御範囲であっても、外部から入力する速度指令情報の大きさは常に一定の速度指令範囲として入力されるため、広範囲な回転数のモータ仕様に対応するためには、速度指令範囲を高速仕様のモータの回転数範囲に合わせるようにフィードバックゲインを設定する必要があり、その場合、低速仕様のモータを使用すると、速度指令情報の使用レンジが狭くなり、良好な制御特性が得られないという問題がある。
【０００６】
本発明はこのような問題に鑑みて行われたものであり、使用するモータの回転数制御範囲がいかなる場合であっても、回転速度指令範囲を回転数制御範囲に対応させ、良好な制御特性を得ることができるモータの駆動制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、（１）本発明は、外部から入力する回転数指令情報とモータの回転数帰還情報に基づき、前記駆動モータを駆動制御するための駆動制御信号を生成する制御回路部と、前記制御回路部から入力する前記駆動制御信号に基づき、モータの回転数を制御するモータ駆動部と、前記モータの回転周波数情報及び回転位置情報の少なくとも一方に基づき回転数情報を検出する回転数情報検出部と、前記回転数情報検出部から入力する前記回転数情報を電圧情報に変換するとともに、前記モータの回転数制御範囲に応じて、前記回転数指令情報の範囲が前記回転数制御範囲に対応するように、前記電圧情報をゲイン調整した前記回転数帰還情報を生成して、前記制御回路部に出力するゲイン設定回路部と、を備えるモータの駆動制御装置を提供する。
【０００８】
（２）前記ゲイン設定回路部は、前記回転数情報を前記電圧情報に変換するＦ／Ｖ変換回路と、前記モータの回転数制御範囲に応じたゲイン指令情報を入力し、該ゲイン指令情報に基づき、前記電圧情報をゲイン調整した前記回転数帰還情報を生成するゲイン調整回路と、を含む（１）に記載のモータの駆動制御装置を提供する。
【０００９】
（３）前記ゲイン調整回路は、前記ゲイン指令情報に応じたゲイン情報を記憶する複数のゲイン記憶部を有するゲイン記憶回路を備え、前記ゲイン指令情報に応じて選択された特定のゲイン記憶部が記憶する前記ゲイン情報に基づき、前記電圧情報をゲイン調整して前記回転数帰還情報を生成する（２）に記載のモータの駆動制御装置を提供する。
【００１０】
（４）前記ゲイン調整回路は、前記ゲイン指令情報に応じて前記複数のゲイン記憶部のいずれかを選択するゲイン選択回路を備える（３）に記載のモータの駆動制御装置を提供する。
（５）前記ゲイン設定回路部から出力される前記回転数帰還情報の前記制御回路部への入力を遮断可能なゲイン調整無効化回路をさらに備え、前記制御回路部は、ゲイン調整無効化回路によって前記回転数帰還情報の入力が遮断されたときは、前記回転数指令情報のみに基づく前記駆動制御信号を生成する（１）に記載のモータの駆動制御装置を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、使用するモータの回転数制御範囲がいかなる場合であっても、回転速度指令範囲を回転数制御範囲に対応させ、良好な制御特性を得ることができるモータの駆動制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態に係るモータの駆動制御装置１の概略の回路構成を示すブロック図である。
【図２】ゲイン調整回路４２の具体例を示す回路構成図である。
【図３】２種類のモータのゲイン設定の例を示している。
【図４】（ａ）は第１モータを駆動制御した場合の回転数指令電圧と回転数との関係を示すグラフ、（ｂ）は第２モータを駆動制御した場合の回転数指令電圧と回転数との関係を示すグラフである。
【図５】第２実施形態に係るモータ駆動制御装置１ａの回路構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態（以下、実施形態）について詳細に説明する。なお、実施形態の説明の全体を通して同じ要素には同じ番号を付している。
【００１４】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るモータ２０の駆動制御装置１の概略の回路構成を示すブロック図である。本実施形態では、モータ２０は例えば３相のブラシレスモータであり、モータの駆動制御装置１では、ロータの位置検出にホールセンサなどの位置検出器３０を用いる。本実施形態では、モータの駆動制御装置１は、その全部がパッケージ化された集積回路装置（ＩＣ）である。なお、モータの駆動制御装置１の一部が１つの集積回路装置としてパッケージ化されていてもよいし、他の装置と一緒にモータの駆動制御装置１の全部又は一部がパッケージ化されて１つの集積回路装置が構成されていてもよい。
【００１５】
モータの駆動制御装置１は、モータ駆動部２、制御回路部３、ＦＧ検出部ＦＧ、ゲイン設定回路部４、ゲイン調整無効化回路５を備える。
モータ駆動部２は、インバータ回路２ａ、プリドライブ回路２ｂを備え、電源からの電力供給（入力電圧Ｖｃｃ）を受け、制御回路部３から入力する駆動制御信号Ｓｄに基づき、モータ２０の回転数を制御する。インバータ回路２ａは、ハイサイド側とローサイド側の間に直列に配置された二つのスイッチング素子のペアを３組並列接続し、各組のスイッチング素子の接続点がモータの各相の電機子コイルに接続される。プリドライブ回路２ｂは、信号Ｖｕｕ〜Ｖｗｌをインバータ回路２ａのスイッチング素子に出力して、そのオン／オフ動作を制御する。
【００１６】
制御回路部３は、差動増幅器３１、三角波生成回路３２、比較器３３を備え、外部から入力する回転数指令電圧Ｖｓ１（直流電圧；回転数指令情報の一例）とゲイン設定回路部４からのゲイン設定信号Ｓｇ（モータ２０の回転数帰還情報）に基づき、モータ２０を駆動制御するための駆動制御信号Ｓｄを生成し、モータ駆動部２に出力する。
差動増幅器３１は、正極（＋）側入力端子に回転数指令電圧Ｖｓ１、負極（−）側入力端子にゲイン設定信号Ｓｇを入力し、その比較結果に基づき、差動電圧Ｖｄを出力する。
比較器３３は、差動電圧Ｖｄと三角波生成回路３２からの三角波信号Ｓｔを入力し、その比較結果をもとに、駆動制御信号Ｓｄを生成し、モータ駆動部２に出力する。
ただし、ゲイン調整無効化回路５によってゲイン設定回路部４からのゲイン設定信号Ｓｇの入力が遮断されたときは、回転数指令電圧Ｖｓ１のみに基づく駆動制御信号Ｓｄを生成する（オープンループ制御となる）。
【００１７】
ＦＧ検出部ＦＧは、回転数情報検出部の一例であって、モータ２０の回転数に対応した周波数信号Ｓｆ（回転周波数情報）を検出して、ゲイン設定回路部４に出力する。すなわち、周波数信号Ｓｆは、モータ２０の回転数の検出結果を示す回転数情報であり、具体的には、ロータの側にある基板に設けたコイルパターンを用いて生成される信号である。
【００１８】
ゲイン設定回路部４は、ＦＧ検出部ＦＧから入力する周波数信号Ｓｆ（回転数情報の一例）を直流電圧信号Ｓｖ（電圧情報の一例）に変換するとともに、モータ２０の回転数制御範囲に応じて、回転数指令電圧Ｖｓ１の範囲が回転数制御範囲に対応するように、直流電圧信号Ｓｖをゲイン調整したゲイン設定信号Ｓｇを生成して、制御回路部３に出力する。
【００１９】
ゲイン調整無効化回路５は、ゲイン設定回路部４から出力されるゲイン設定信号Ｓｇの制御回路部３への入力を遮断可能とする。
ゲイン調整無効化回路５は、スイッチ端子ａ、ｂ、ｃを含み、操作者がスイッチ端子ａとスイッチ端子ｃとが接続されるように設定した場合、ゲイン設定信号Ｓｇの帰還が有効（クローズドループ制御モード）となる。スイッチ端子ａとスイッチ端子ｂとが接続されるように設定した場合、ゲイン設定信号Ｓｇの帰還が無効（オープンループ制御モード）となる。
【００２０】
（ゲイン設定回路部４の構成）
ゲイン設定回路部４は、Ｆ／Ｖ変換回路４１、ゲイン調整回路４２を備える。Ｆ／Ｖ変換回路４１は、周波数信号Ｓｆを直流電圧信号Ｓｖに変換する。ゲイン調整回路４２は、モータ２０の回転数制御範囲に応じたゲイン指令信号Ｓｓ（ゲイン指令情報の一例）を入力し、ゲイン指令信号Ｓｓに基づき、直流電圧信号Ｓｖをゲイン調整したゲイン設定信号Ｓｇを生成し、出力する。ゲイン指令信号Ｓｓは、モータの種類に応じた信号として、外部から取り込まれる。
【００２１】
図２は、ゲイン調整回路４２の具体例を示す回路構成図である。図２に示すように、ゲイン調整回路４２は、ゲイン選択回路４３、ゲイン記憶回路４４を備える。
ゲイン選択回路４３は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３（トランジスタ）を備え、ゲイン指令信号Ｓｓに応じて複数のゲイン記憶部（第１ゲイン記憶部４５、第２ゲイン記憶部４６）のいずれかを選択する。本例では、ゲイン指令信号Ｓｓが２値信号（Ｈｉｇｈ、Ｌｏｗ）であって、ゲイン指令信号ＳｓがＬｏｗのときは、スイッチング素子Ｑ１がオフ、スイッチング素子Ｑ３がオンとなるため、Ｆ／Ｖ変換回路４１から第１ゲイン記憶部４５に出力された直流電圧信号Ｓｖが有効となり、第１ゲイン記憶部４５のゲインが指定される。ゲイン指令信号ＳｓがＨｉｇｈのときは、上記と逆の動作となり、第２ゲイン記憶部４６のゲインが指定される。
ゲイン記憶回路４４は、ゲイン指令信号Ｓｓに応じたゲイン情報（第１ゲイン、第２ゲイン）を記憶する複数のゲイン記憶部（第１ゲイン記憶部４５、第２ゲイン記憶部４６）を有する。
【００２２】
ゲイン設定回路部４は、モータの回転数制御範囲に応じて、回転数指令情報の範囲が回転数制御範囲に対応するように、ゲイン指令信号Ｓｓに応じて選択された第１ゲイン記憶部４５または第２ゲイン記憶部４６（特定のゲイン記憶部）が記憶する第１ゲインまたは第２ゲイン（ゲイン情報）に基づき、直流電圧信号Ｓｖをゲイン調整してゲイン設定信号Ｓｇを生成する。
【００２３】
次に、図３、図４を用いて、ゲイン設定回路部４の具体的な動作例について説明する。図３は、２種類の第１モータと第２モータのゲイン設定の例を示している。図４は、図３で示したゲイン設定により、モータのそれぞれを駆動制御した場合の回転数指令電圧と回転数との関係を示すグラフ（（ａ）が第１モータ、（ｂ）が第２モータ）である。
【００２４】
図３をもとに、具体的なゲイン調整の動作例について説明する。第１モータは最大回転数Ｓｆｍａｘが２００００（ｒｐｍ）（図３の上段）、第１モータは最大回転数Ｓｆｍａｘが５０００（ｒｐｍ）（図３の下段）とする。回転数指令電圧Ｖｓ１の電圧範囲を０〜５Ｖとし、回転数指令電圧Ｖｓ１が５Ｖのときに、第１モータの最大回転数Ｓｆｍａｘ＝２００００（ｒｐｍ）に対応するようにゲインを設定する。具体的には、最大回転数Ｓｆｍａｘ＝２００００（ｒｐｍ）のときに、直流電圧信号Ｓｖの最大値として最大直流電圧信号Ｓｖｍａｘ＝４（Ｖ）となるように設定した場合、第１ゲイン記憶部４５のゲイン係数を１．２５としてこの記憶部を有効とすることにより、この時のゲイン設定信号Ｓｇの大きさを５（Ｖ）とすることができる。その結果、第１モータの最大回転数Ｓｆｍａｘ＝２００００（ｒｐｍ）のとき、回転数指令電圧Ｖｓ１の最大値５Ｖに対応することができる。
【００２５】
次に、回転数指令電圧Ｖｓ１の電圧範囲が同じ０〜５Ｖに対して、回転数指令電圧Ｖｓ１が５Ｖのときに、第２モータの最大回転数Ｓｆｍａｘ＝５０００（ｒｐｍ）に対応するようにゲインを設定する。具体的には、最大回転数Ｓｆｍａｘ＝５０００（ｒｐｍ）のときに、直流電圧信号Ｓｖの最大値として最大直流電圧信号Ｓｖｍａｘ＝１（Ｖ）となり、この場合、例えば、第２ゲイン記憶部４６のゲイン係数を５としてこの記憶部を有効とすることにより、この時のゲイン設定信号Ｓｇの大きさを５（Ｖ）とすることができ、その結果、第２モータの最大回転数Ｓｆｍａｘ＝５０００（ｒｐｍ）のとき、回転数指令電圧Ｖｓ１の最大値５Ｖに対応することができる。
【００２６】
以上、本発明の第１実施形態によれば、(１)簡易な回路構成で、使用するモータの回転数制御範囲がいかなる場合であっても、回転速度指令範囲を回転数制御範囲に対応させることができる。
また、（２）（１）の結果、使用するモータ仕様（回転数制御範囲）が変わっても、回転数指令電圧のダイナミックレンジ（動作領域）を広くとれるため、良好な制御特性を得ることができる。
（３）ゲイン設定無効化回路を備えることにより、必要に応じて、クローズドループ制御モードとオープンループ制御モードを自由に、かつ、容易に切替え設定することができる。
（４）モータの駆動制御装置１は、その全部がパッケージ化された集積回路装置（ＩＣ）とすることにより、外付け定数によるゲイン調整を行うよりも、ＩＣの省ピン化および部品点数の削減が可能となり、小型化、低コスト化を容易に実現できる。
【００２７】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図５を用いて説明する。図５は、第２実施形態に係るモータの駆動制御装置１ａの回路構成を示すブロック図である。
回転数指令情報として、回転数指令電圧（直流電圧）ではなく、回転数指令パルス信号（ＰＷＭ信号）Ｖｓ２が入力される。制御回路部３ａは、第１実施形態の制御回路部３に対して、信号変換回路３４をさらに備え、回転数指令パルス信号Ｖｓ２（ＰＷＭ信号；回転数指令情報の一例）を入力して、直流電圧である変換信号Ｖｃを差動増幅器３１に出力する。
【００２８】
本発明の第２実施形態によれば、回転数指令情報がＰＷＭ信号であり、ＰＷＭのデューティ値が変化することにより回転数が可変される場合であっても、第１実施形態と同様な効果を奏することができる。
本発明は、上記実施形態には限定されず、例えば、モータの種類、電機子コイルの相数（２相以上であれば）などは特に限定されない。また、ゲイン調整無効化回路は、必須の構成ではない。この構成を無くし、常に、モータの回転数帰還情報が制御回路部にフィードバックするように構成してもよい。さらに、制御回路部３の構成は、本実施形態に限定されない。
【００２９】
また、ゲイン調整回路４２の回路構成は、図２に限定されない。例えば、ゲイン選択回路４３は他の回路構成であってもよい。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３は、トランジスタに限定されない。ＦＥＴなどであってもよい。インバータ回路の構成は、特に限定されない。回転数情報は周波数情報に限定されず、回転位置情報をもとにした回転数情報であってもよく、したがって、検出手段は、本実施形態のＦＧ検出部による方法に限定されず、本実施形態の位置検出器による位置検出結果に基づき回転数を検出する方法、あるいは、モータの各相に誘起する逆起電圧を検出する回転位置検出回路を設け、検出された逆起電圧に基づき、モータのロータの回転位置と回転数とを検出する方法、モータの回転数や回転位置を検出するエンコーダなどのセンサ信号を用いる方法などであってもよい。
【００３０】
また、本発明は、図３、図４の数値は、具体例であって、これに限定されない。また、ゲイン記憶部の個数は特に限定されない。必要な個数で構成され、使用するモータに応じて適切なゲインが設定できるようにできる。さらに、モータの駆動制御装置は、駆動部の少なくとも一部を集積回路としてもよい。
【００３１】
以上、実施形態を用いて本発明を説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されないことは言うまでもない。上記実施形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。また、その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【符号の説明】
【００３２】
１  モータの駆動制御装置
２  モータ駆動部
２ａ  インバータ回路
２ｂ  プリドライブ回路
３  制御回路部
３１  差動増幅器
３２  三角波生成回路
３３  比較器
４  ゲイン設定回路部
４１  Ｆ／Ｖ変換回路
４２  ゲイン調整回路
４３  ゲイン選択回路
４４  ゲイン記憶回路
４５  第１ゲイン記憶部（ゲイン記憶部の一例）
４６  第２ゲイン記憶部（ゲイン記憶部の一例）
５  ゲイン調整無効化回路
２０  モータ
３０  位置検出器
ＦＧ  ＦＧ検出部（回転数情報検出部の一例）
Ｓｄ  駆動制御信号
Ｖｓ１  回転数指令電圧（直流電圧；回転数指令情報の一例）
Ｖｓ２  回転数指令パルス信号（ＰＷＭ信号；回転数指令情報の一例）
Ｓｓ  ゲイン指令信号（ゲイン指令情報の一例）
Ｓｇ  ゲイン設定信号（モータの回転数帰還情報）
Ｖｄ  差動電圧
Ｓｔ  三角波信号
Ｓｆ  周波数信号（回転周波数情報；回転数情報の一例）
Ｓｖ  直流電圧信号（電圧情報の一例）
【図１】
2015171204.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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