(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータを駆動制御するために用いられ、前記モータの回転に基づき、第１位相信号と第２位相信号とを出力する位相サンプリングモジュールと、
パルス幅変調信号を受信し、直流電源信号を出力する電源発生モジュールと、
前記第１位相信号と前記直流電源信号に基づき、第１制御信号を生成する第１波形変調モジュールと、
前記第２位相信号と前記直流電源信号に基づき、第２制御信号を生成する第２波形変調モジュールと、
前記第１制御信号と前記第２制御信号に基づき、回転速度制御信号を生成する制御信号統合モジュールと、
前記回転速度制御信号に基づき、駆動信号を生成することにより前記モータの回転速度を制御する駆動モジュールとを備えることを特徴とする、モータ制御装置。
【請求項２】
前記第１位相信号と前記第２位相信号は、大きさが等しく、位相が反転した位相信号であることを特徴とする、請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記第１波形変調モジュールと前記第２波形変調モジュールは、それぞれ積分器回路であることを特徴とする、請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記第１波形変調モジュールと前記第２波形変調モジュールは、それぞれ演算増幅器と、少なくとも一つの抵抗と、キャパシタとを有することを特徴とする、請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項５】
前記第１波形変調モジュールと前記第２波形変調モジュールは、スイッチング素子と、抵抗と、キャパシタとを有することを特徴とする、請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項６】
前記スイッチング素子は、電界効果トランジスタであることを特徴とする、請求項５に記載のモータ制御装置。
【請求項７】
前記第１波形変調モジュールと前記第２波形変調モジュールは、矩形波入力を三角波出力に変調することを特徴とする、請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項８】
前記パルス幅変調信号のデューティサイクルの増加に伴って、前記直流電源信号が低下することを特徴とする、請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項９】
前記直流電源信号は、前記第１制御信号と前記第２制御信号の最大値を制限するために用いられることを特徴とする、請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項１０】
前記駆動モジュールは、前記モータの回転に基づき、矩形波信号を生成するとともに、前記位相サンプリングモジュールを介して、前記第１位相信号と前記第２位相信号を出力するホール素子を有することを特徴とする、請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項１１】
前記制御信号統合モジュールは、少なくとも二つのダイオードを有することを特徴とする、請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項１２】
前記回転速度制御信号は、前記駆動モジュール内のハイレベル信号と比較された後、固定デューティサイクルではない前記駆動信号を出力することを特徴とする、請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項１３】
前記駆動モジュールは、デジタル信号プロセッサであり、或いはマイクロコントロールユニットであることを特徴とする、請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項１４】
モータの回転に基づき、第１位相信号と第２位相信号を出力する位相サンプリングモジュールと、
パルス幅変調信号を受信し、直流電源信号を出力する電源発生モジュールと、
前記第１位相信号と前記第２位相信号と前記直流電源信号に基づき、回転速度制御信号を生成する波形変調モジュールと、
前記回転速度制御信号を受信することにより駆動信号を発生させて前記モータを駆動し、さらに、前記第１位相信号または前記第２位相信号が位相反転する際に、前記駆動信号のデューティサイクルが最も低くなる駆動モジュールと、を備えることを特徴とする、モータ制御装置。
【請求項１５】
モータを駆動制御するために用いられ、前記モータの回転に基づき、矩形波の第１位相信号と矩形波の第２位相信号とを出力する位相サンプリングモジュールと、
前記第１位相信号と直流電圧信号とに基づいて、三角波の第１制御信号を出力する第１波形変調モジュールと、
前記第２位相信号と直流電圧信号とに基づいて、三角波の第２制御信号を出力する第２波形変調モジュールと、
前記第１制御信号と前記第２制御信号に基づき、回転速度制御信号を生成する制御信号統合モジュールと、
前記回転速度制御信号に基づき、駆動信号を生成することにより前記モータの回転速度を制御する駆動モジュールと、を備えることを特徴とする、モータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源監視装置、詳しく言えばファンの電源監視装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
モータの制御技術において、回路を利用して、モータの回転速度を変更したり、モータの回転方向を制御したりする技術は、モータ制御の各領域に広く適用されるようになった。
【０００３】
図１は、従来のモータ制御装置を示すブロック図である。図１に示すように、従来のファンモータ１４を制御するためのモータ制御装置１は、パルス幅変調(PWM)回路１１と、直流電圧生成回路１２と、駆動チップ１３とを備える。パルス幅変調回路１１は、パルス幅変調信号PWM１を生成するとともに、このパルス幅変調信号PWM１を直流電圧生成回路１２に入力する。直流電圧生成回路１２は、パルス幅変調信号PWM１に基づいて、直流電圧信号Vdc１に変換するとともに、直流電圧信号Vdc１と駆動チップ１３に組み込まれた高周波の三角波信号Striとを比較することにより、ファンモータ１４を回転させる駆動信号Dri１を生成する。
【０００４】
図２を参照すると、パルス幅変調信号PWM１のデューティサイクル(duty cycle)が変化するとともに、変換された直流電圧信号Vdc１も変化し、さらに、駆動チップ１３内の高周波の三角波信号Striと比較して、駆動信号Dri１を生成し、この駆動信号Dri１を用いて、ファンモータ１４の回転速度を変調制御する。
【０００５】
また、図２に示すように、駆動信号Dri１は、そのデューティサイクルが一定である。図３は、ファンモータ１４を低速回転させる際に、モータ制御装置１の電源端から検出した電流波形I１を示す図である。図４は、ファンモータ１４を高速回転させる際に、モータ制御装置１の電源端から検出した電流波形I２を示す図である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図３を参照すると、電流波形I１は、ファンモータ１４が出力した回転速度波形FGに応じて位相反転する際に、ピーク電流を発生することにより、ファンモータ１４を順調に極性反転させ回転させることができるが、上記ピーク電流による比較的に大きい回転トルクが発生するため、ファンモータ１４が低速回転して極性反転する時に、著しい騒音が発生してしまう。
【０００７】
また、図４を参照すると、電流波形I２は、ファンモータ１４が出力した回転速度波形FGに応じて位相反転する際に、デューティサイクルが一定であるため、且つ電流が回転速度の上昇とともに増加するため、ファンモータ１４が高速回転して極性反転する時も、著しい騒音が発生してしまう。
【０００８】
本発明は、上記問題を鑑みてなされたものであり、モータの回転による騒音を低減するモータ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】
【０００９】
本発明に係わるモータ制御装置は、モータを駆動制御するために用いられ、モータの回転に基づき、第１位相信号と第２位相信号とを出力する位相サンプリングモジュールと、パルス幅変調信号を受信し、直流電源信号を出力する電源発生モジュールと、第１位相信号と直流電源信号に基づき、第１制御信号を生成する第１波形変調モジュールと、第２位相信号と直流電源信号に基づき、第２制御信号を生成する第２波形変調モジュールと、第１制御信号と第２制御信号に基づき、回転速度制御信号を生成する制御信号統合モジュールと、回転速度制御信号に基づき、駆動信号を生成することによりモータの回転速度を制御する駆動モジュールとを備えることを特徴とする、モータ制御装置である。
本発明にかかるモータ制御装置では、第１位相信号と第２位相信号は、大きさが等しく、位相が反転した位相信号であってもよい。
また、本発明にかかるモータ制御装置では、第１波形変調モジュールと第２波形変調モジュールは、それぞれ積分器回路であってもよい。
さらに、本発明にかかるモータ制御装置では、第１波形変調モジュールと第２波形変調モジュールは、それぞれ演算増幅器と、少なくとも一つの抵抗と、キャパシタとを有してもよい。
また、本発明にかかるモータ制御装置では、第１波形変調モジュールと第２波形変調モジュールは、スイッチング素子と、抵抗と、キャパシタとを有してもよい。この場合、スイッチング素子は、電界効果トランジスタであってもよい。
さらに、本発明にかかるモータ制御装置では、第１波形変調モジュールと第２波形変調モジュールは、矩形波入力を三角波出力に変調するように構成されてもよい。
また、本発明にかかるモータ制御装置では、パルス幅変調信号のデューティサイクルの増加に伴って、直流電源信号が低下するように構成されてもよい。さらに、この場合、本発明にかかるモータ制御装置では、直流電源信号は、第１制御信号と第２制御信号の最大値を制限するために用いられてもよい。
さらに、本発明にかかるモータ制御装置では、駆動モジュールは、モータの回転に基づき、矩形波信号を生成するとともに、位相サンプリングモジュールを介して、第１位相信号と第２位相信号を出力するホール素子を有してもよい。
また、本発明にかかるモータ制御装置では、制御信号統合モジュールは、少なくとも二つのダイオードを有してもよい。
さらに、本発明にかかるモータ制御装置では、回転速度制御信号は、駆動モジュール内のハイレベル信号と比較された後、固定デューティサイクルではない駆動信号を出力するように構成されてもよい。
また、本発明にかかるモータ制御装置では、駆動モジュールは、デジタル信号プロセッサであり、或いはマイクロコントロールユニットであってもよい。
【００１０】
また、本発明に係わるモータ制御装置は、モータの回転に基づき、第１位相信号と第２位相信号を出力する位相サンプリングモジュールと、パルス幅変調信号を受信し、直流電源信号を出力する電源発生モジュールと、第１位相信号と第２位相信号と直流電源信号に基づき、回転速度制御信号を生成する波形変調モジュールと、回転速度制御信号を受信することにより駆動信号を発生させてモータを駆動し、さらに、第１位相信号または第２位相信号が位相反転する際に、駆動信号のデューティサイクルが最も低くなる駆動モジュールとを備えることを特徴とする、モータ制御装置である。
また、本発明にかかるモータ制御装置では、モータを駆動制御するために用いられ、モータの回転に基づき、矩形波の第１位相信号と矩形波の第２位相信号とを出力する位相サンプリングモジュールと、第１位相信号と直流電圧信号とに基づいて、三角波の第１制御信号を出力する第１波形変調モジュールと、第２位相信号と直流電圧信号とに基づいて、三角波の第２制御信号を出力する第２波形変調モジュールと、第１制御信号と第２制御信号に基づき、回転速度制御信号を生成する制御信号統合モジュールと、回転速度制御信号に基づき、駆動信号を生成することによりモータの回転速度を制御する駆動モジュールと、を備えることを特徴とする、モータ制御装置である。
【発明の効果】
【００１１】
また、本発明のモータ制御装置によれば、波形変調モジュールを利用して、第１位相信号と第２位相信号が位相反転する際にデューティサイクルが最小である回転速度制御信号を生成することにより、従来の直流電圧である回転速度制御信号の代わりに、駆動モジュールに比較的に適切な回転速度制御信号を提供するため、モータの回転による騒音を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施例におけるモータ制御装置について説明する。なお、同一な部材について、同一な符号を付すことによりその説明を省略する。
【００１３】
図５は、本発明の好適な実施例におけるモータ制御装置を示すブロック図である。図５に示すように、本発明の好適な実施例におけるモータ制御装置２は、モータ３を駆動制御するために用いられる。本実施例において、モータ３は、例えばファンモータである。モータ制御装置２は、位相サンプリングモジュール２１と、第１波形変調モジュール２２と、第２波形変調モジュール２３と、電源発生モジュール２４と、制御信号統合モジュール２５と、駆動モジュール２６とを備える。
【００１４】
位相サンプリングモジュール２１は、モータ３の回転に基づき、第１位相信号W１と第２位相信号W２を出力する。本実施例において、第１位相信号W１と第２位相信号W２は、大きさが等しく、位相が反転した矩形波信号である(図８参照)。
【００１５】
図６に示すように、本実施例において、位相サンプリングモジュール２１は、二つの抵抗R７、R８を有する。駆動モジュール２６に設けられたホール素子は、モータ３の回転による矩形波信号を検出してから、二つの抵抗R７、R８を介して、第１位相信号W１と第２位相信号W２を出力する。
【００１６】
第１波形変調モジュール２２は、第１位相信号W１に基づき、第１制御信号S１を生成する。ここで、第１波形変調モジュール２２は、例えば、矩形波入力を三角波出力または擬似三角波出力に変調する積分器回路である。
【００１７】
図６に示すように、本実施例において、第１波形変調モジュール２２は、スイッチング素子Q１と、キャパシタC１と、抵抗R１と、を有する。ここで、スイッチング素子Q１は、例えば、電界効果トランジスタ(field effect transistor, FET)である。電界効果トランジスタは、一般に、接合ゲート型電界効果トランジスタと絶縁ゲート型電界効果トランジスタとに分けられる。接合ゲート型電界効果トランジスタは、例えば、接合ゲート電界効果トランジスタ(JFET)または金属半導体電界効果トランジスタ(MESFET)である。絶縁ゲート型電界効果トランジスタは、例えばE-MOSFETまたはD-MOSFETである。
【００１８】
また、図７に示すように、第１波形変調モジュール２２は、演算増幅器OP１と、キャパシタC４と、二つの抵抗R３、R４とを有することもできる。この場合に、第１波形変調モジュール２２は、上述した積分器回路と同様な効果を果たし、矩形波入力を三角波出力に変調することができる。
【００１９】
第２波形変調モジュール２３は、第２位相信号W２に基づき、第２制御信号S２を生成する。本実施例において、第２波形変調モジュール２３は、スイッチング素子Q２と、抵抗R２とキャパシタC２とを有する（図６参照）。なお、スイッチング素子Q２、抵抗R２及びキャパシタC２は、上述したスイッチング素子Q１、抵抗R１及びキャパシタC１と、同様な特性と機能を有する。また、図７を参照すると、本実施例において、第２波形変調モジュール２３は、演算増幅器OP２と、キャパシタC６と、二つの抵抗R５、R６とを有することもできる。なお、演算増幅器OP２、キャパシタC６、及び二つの抵抗R５、R６は、上述した前記演算増幅器OP１、キャパシタC４、及び抵抗R３、R４と、同様な特性と機能を有する。すなわち、第２波形変調モジュール２３は、上記第１波形変調モジュール２２と同様な特性と機能を有するため、その説明を省略する。
【００２０】
電源発生モジュール２４は、パルス幅変調信号PWM２を受信し、直流電源信号Vdc２を生成するとともに、直流電源信号Vdc２を第１波形変調モジュール２２と第２波形変調モジュール２３にそれぞれ入力する。本実施例において、パルス幅変調信号PWM２のデューティサイクルが増加すると、電源発生モジュール２４が生成した直流電源信号Vdc２は、低くなる。また、直流電源信号Vdc２は、電圧値であり、それぞれ第１制御信号S１と第２制御信号S２の最大値を制限するために用いられる。
【００２１】
制御信号統合モジュール２５は、第１制御信号S１と第２制御信号S２に基づき、回転速度制御信号S３を生成するとともに、回転速度制御信号S３を駆動モジュール２６に入力することにより、モータ３の回転速度を制御する駆動信号Dri２を生成する。図６を参照すると、本実施例において、制御信号統合モジュール２５は、第１制御信号S１と第２制御信号S２を統合するために、少なくとも二つのダイオードD１、D２を有する。
【００２２】
駆動モジュール２６は、例えば、デジタル信号プロセッサ(Digital signal processor, DSP)またはマイクロコントロールユニット(Microprocessor Control Unit, MCU)である。図５に示すように、駆動モジュール２６は、異なる電位の回転速度制御信号S３を受信することによりモータ３の回転速度を制御する。
【００２３】
図８は、本発明の好適な実施例におけるモータ制御装置２のタイミングを示すタイムチャートである。図８に示すように、第１位相信号W１と第２位相信号W２は、大きさが等しく、位相が反転した位相信号である。第１制御信号S１は、第１位相信号W１から第１波形変調モジュール２２によって変調された波形信号である。第２制御信号S２は、第２位相信号W２から第２波形変調モジュール２３によって変調された波形信号である。回転速度制御信号S３は、第１制御信号S１と第２制御信号S２から、制御信号統合モジュール２５によって生成された波形信号である。
【００２４】
図９に示すように、回転速度制御信号S３は、駆動モジュール２６に入力されると、駆動モジュール２６内の高周波の三角波信号Striと比較することにより、駆動信号Dri２を生成する。また、図９と図２を参照すると、図９の駆動信号Dri２は、図２の駆動信号Dri１と異なり、そのデューティサイクルが一定ではない。図１０は、モータ３を低速回転させる際に、モータ制御装置２の電源端から検出した電流波形I３を示す図である。図１１は、モータ３を高速回転させる際に、モータ制御装置２の電源端から検出した電流波形I４を示す図である。
【００２５】
図１０を参照すると、電流波形I３は、モータ３が出力した回転速度波形FGに応じて、位相の反転に近づく際に（ここで、回転速度波形FGは、例えば、第１位相信号W１または第２位相信号W２である）、その電流値が最小である。ここで、位相が反転する期間で電流を増加することにより、モータ３が極性反転する時に必要とする回転トルクを発生するため、従来のような騒音の発生を防止する。
【００２６】
また、図１１を参照すると、電流波形I４は、モータ３が出力した回転速度波形FGに応じて、位相の反転に近づく際に、そのデューティサイクルが比較的に低いため、著しい騒音が発生しない。
【００２７】
従って、本発明のモータ制御装置２は、第１波形変調モジュール２２と第２波形変調モジュール２３を利用して、矩形波である第１位相信号W１と第２位相信号W２を、三角波出力である第１制御信号S１と第２制御信号S２に変調した後、制御信号統合モジュール２５を利用して、第１制御信号S１と第２制御信号S２に基づき、回転速度制御信号S３に統合し、回転速度制御信号S３を駆動モジュール２６の高周波の三角波信号Striと比較した後、駆動信号Dri２をモータ３に出力する。なお、第１位相信号W１と第２位相信号W２は、位相の反転に近づく際に、駆動信号Dri２のデューティサイクルが比較的に低いため、駆動モジュール２６がモータ３の起動を制御するエネルギーも比較的に低いため、騒音の発生を低減することができる。
【００２８】
以上、本発明の実施例を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成は、上述した実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更などがあっても、本発明に含まれる。例えば、本発明のモータ制御装置２は、位相サンプリングモジュール２１と、波形変調モジュールと、駆動モジュール２６とを備えることもできる。
【００２９】
そのうち、位相サンプリングモジュール２１は、モータ３の回転に基づき、第１位相信号W１と第２位相信号W２を生成する。
【００３０】
波形変調モジュールは、第１位相信号W１と第２位相信号W２に基づき、回転速度制御信号S３を生成し、且つ、第１位相信号W１と第２位相信号W２が位相反転する際に、回転速度制御信号S３は、ハイレベル出力である。本実施例において、波形変調モジュールは、上述した実施例の第１波形変調モジュール２２、第２波形変調モジュール２３及び制御信号統合モジュール２５を統合したものであり、その動作方法も上述したものと同様なので、その説明を省略する。
【００３１】
駆動モジュール２６は、回転速度制御信号S３を受信するとともに、モータ３を駆動する駆動信号Dri２を生成する。
【００３２】
本発明のモータ制御装置によれば、第１位相信号W１と第２位相信号W２から、波形変調モジュールによって、第１位相信号W１と第２位相信号W２が位相反転する際にデューティサイクルが比較的に低い駆動信号Dri２を生成することにより、モータ３の回転による騒音を低減する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】従来のモータ制御装置の基本構成を示すブロック図である。
【図２】図１の直流電圧信号Vdc１、駆動信号Dri１及び高周波の三角波信号Striの関係を示す波形図である。
【図３】従来のモータ制御装置の低速回転時の電流波形を示す図である。
【図４】従来のモータ制御装置の高速回転時の電流波形を示す図である。
【図５】本発明の実施例におけるモータ制御装置の基本構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の実施例におけるモータ制御装置の一例を示す回路図である。
【図７】本発明の実施例におけるモータ制御装置のもう一つの例を示す回路図である。
【図８】本発明の実施例における信号のタイミングを示すタイムチャートである。
【図９】図５の回転速度制御信号S３、駆動信号Dri２及び高周波の三角波信号Striの関係を示す波形図である。
【図１０】本発明の実施例におけるモータ制御装置の低速回転時の電流波形を示す図である。
【図１１】本発明の実施例におけるモータ制御装置の高速回転時の電流波形を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  モータ制御装置
１１  パルス幅変調回路
１２  直流電圧生成回路
１３  駆動チップ
１４  ファンモータ
２  モータ制御装置
２１  位相サンプリングモジュール
２２  第１波形変調モジュール
２３  第２波形変調モジュール
２４  電源発生モジュール
２５  制御信号統合モジュール
２６  駆動モジュール
３  モータ
S１         第１制御信号
S２         第２制御信号
S３         回転速度制御信号
W１         第１位相信号
W２         第２位相信号
Vdc１  直流電圧信号
Vdc２  直流電源信号
D１、D２  ダイオード
Q１、Q２  スイッチング素子
C１、C２、C４、C６  キャパシタ
R１、R２、R３、R４、R５、R６、R７、R８  抵抗
FG  回転速度波形
Dri１、Dri２  駆動信号
I１、I２、I３、I４  電流波形
OP１、OP２         演算増幅器
PWM１、PWM２  パルス幅変調信号
【図１】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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