(57)【要約】【課題】      モータ制御に必要な機能及びそれに付随する操作系を含めた機能をソフトウエアとして確立するなど、種々のモータに対して効率的な回転駆動や静音化を可能とするとともに、モータの変更に伴うシステム開発期間を短縮し得るモータ制御システムを提供することを課題とする。【解決手段】  制御ユニットは、ブラシレスＤＣモータの回転位置を示す所定の値を検出する制御を行い、操作ユニットは、制御ユニットの検出した所定の値に応じて、取替えた種類のブラシレスＤＣモータ毎に設定されるスイッチング用信号を生成させる指令信号を制御ユニットに送信することを特徴とするモータ制御システムである。【選択図】    図３
2007014092.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブラシレスＤＣモータを駆動するためのスイッチング用パワーユニットと、
当該スイッチング用パワーユニットへ送信するためのスイッチング用信号を生成するための制御ユニットと、
使用者の操作に基づき、当該制御ユニットに送信するための指令信号を生成する操作ユニットとを有し、
異なる種類のブラシレスＤＣモータに取替え可能なモータ制御システムであって、
前記制御ユニットは、前記ブラシレスＤＣモータの回転位置を示す所定の値を検出する制御を行い、
前記操作ユニットは、前記制御ユニットの検出した所定の値に応じて、取替えた種類の前記ブラシレスＤＣモータ毎に設定されるスイッチング用信号を生成させる指令信号を前記制御ユニットに送信することを特徴とするモータ制御システム。
【請求項２】
前記操作ユニットと前記制御ユニットとの間に設けられ、前記スイッチング用信号を生成させる指令信号を前記操作ユニットから前記制御ユニットに送信する通信手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラシレスＤＣモータを用いたモータ制御システムに関し、特に、最小限のシステム変更でモータの取替え可能なモータ制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、モータを効率よく回転させる技術として、インバータ技術が広く用いられている。一般に、モータには直流モータ及び交流モータがあって、インバータ技術は交流モータを効率よく回転させる技術のことである。このインバータ技術は、ブラシレスＤＣモータを用いることにより、次のような効果を奏する。すなわち、ＤＣモータの短所であるブラシ摺動による、火花、電波ノイズあるいは構造的にメンテナンスを要するなどの問題が低減し、インダクションモータよりも速度制御しやすく、インバータ技術によって、その用途に応じた最大限の性能を引き出すことが可能となる。このインバータ技術を用いると、モータの速度を調整することで、省エネに貢献することが可能となる。また、インバータ技術により、モータの動作周波数が可変にできるため、人間の可聴域を避けた周波数による運転により静音化を実現できる。トルク変動からくるノイズに対しても、インバータ技術によりモータをより滑らかに回すことによって、ノイズを軽減できるので、静音化に寄与することが可能である。さらに、ＤＣモータを回転させる場合には、ブラシ及び整流子のメンテナンスのスペースを確保しなければならないが、ブラシレスＤＣモータを回転させる場合にはこのようなスペースを必要としないので小型化が可能となる。このように、インバータ技術によってブラシレスＤＣモータを回転駆動させることは、例えば、特許文献１及び特許文献２などに記載されている。
【０００３】
ブラシレスＤＣモータを用いる場合には、図１１に示すようなモータ制御システムが用いられる。すなわち、このモータ制御システムは、ブラシレスＤＣモータ１０１を駆動するためのスイッチング用パワーユニット１０２と、予め記憶された所定のプログラムにより発生する指令信号に基づきスイッチング用パワーユニット１０２へ送信するためのスイッチング用信号を生成する制御マイコン１０３とを備えている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１７８１７５
【０００５】
【特許文献２】特開２００３−２０９９８８
【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、このようなモータ制御システムにおいては、ブラシレスＤＣモータ１０１をそれぞれの用途に応じて効率的に回転駆動させるために、各種類のブラシレスＤＣモータ毎に固有のスイッチング用パワーユニット１０２及び制御マイコン１０３を設けているため、ブラシレスＤＣモータ１０１を変更しようとした場合には、ブラシレスＤＣモータ１０１を含め、スイッチング用パワーユニット１０２及び制御マイコン１０３のすべてのシステムを変更しなければならず、コスト高であるとともに、開発期間が長期化するといった問題が生じる。
【０００７】
本発明は、モータ制御に必要な機能及びそれに付随する操作系を含めた機能をソフトウエアとして確立するなど、種々のモータに対して効率的な回転駆動や静音化を可能とするとともに、モータの変更に伴うシステム開発期間を短縮し得るモータ制御システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、上記課題を解決するべく、次のような手段を発明した。
【０００９】
すなわち、本発明は、ブラシレスＤＣモータを駆動するためのスイッチング用パワーユニットと、当該スイッチング用パワーユニットへ送信するためのスイッチング用信号を生成するための制御ユニットと、使用者の操作に基づき、当該制御ユニットに送信するための指令信号を生成する操作ユニットとを有し、異なる種類のブラシレスＤＣモータに取替え可能なモータ制御システムであって、前記制御ユニットは、前記ブラシレスＤＣモータの回転位置を示す所定の値を検出する制御を行い、前記操作ユニットは、前記制御ユニットの検出した所定の値に応じて、取替えた種類の前記ブラシレスＤＣモータ毎に設定されるスイッチング用信号を生成させる指令信号を前記制御ユニットに送信することを特徴とするモータ制御システムを提供する。
【００１０】
この発明によれば、ブラシレスＤＣモータを別の種類のものに取替える際にも、スイッチング用パワーユニットを当該種類のブラシレスＤＣモータに応じたものに変更するのみで、ブラシレスＤＣモータの種類に応じた効率的な回転駆動を制御することが可能となる。すなわち、使用者が操作ユニットを操作して制御ユニットに送信するための指令信号を生成し、当該制御ユニットへ指令信号を送信することで、これを受けて制御ユニットが上記変更したスイッチング用パワーユニットへ送信するためのスイッチング用信号を生成し、制御ユニットがスイッチング用パワーユニットへスイッチング用信号を送信する制御を行うことによって、ブラシレスＤＣモータの種類に応じた効率的な回転駆動を制御することが可能となる。このように、変更するブラシレスＤＣモータに応じたスイッチング用パワーユニットに変更し、使用者が操作ユニットを操作してブラシレスＤＣモータの種類に応じた指令信号を制御ユニットへ送信するのみで、ブラシレスＤＣモータの種類に応じた効率的な回転駆動を制御することが可能となるのである。これによって、モータ制御に必要な機能及びそれに付随する操作系を含めた機能をソフトウエアとして確立するなど、種々のモータに対して効率的な回転駆動や静音化を可能とするとともに、モータの変更に伴うシステム開発期間を短縮し得るモータ制御システムを提供することが可能となる。
【００１１】
また、本発明は、上記構成のモータ制御ユニットにおいて、前記操作ユニットと前記制御ユニットとの間に設けられ、前記スイッチング用信号を生成させる指令信号を前記操作ユニットから前記制御ユニットに送信する通信手段を備えたモータ制御システムを提供する。
【００１２】
この発明によれば、操作ユニットと前記制御ユニットとの間に、スイッチング用信号を生成させる指令信号を操作ユニットから制御ユニットに送信する通信手段を設けることにより、例えば、制御ユニット及びスイッチング用パワーユニットを一つのモジュールとして、当該モジュールとは外部の操作ユニットにおいて送信するべく指令信号を含む指令ソフトを作成し、その後に操作ユニットから通信手段を介して指令信号を送信することが可能となり、操作ユニットにより指令信号を作成している間は、上記モジュールを変更したスイッチング用パワーユニットを用いて別のブラシレスＤＣモータの回転駆動に用いることも可能であり、非常に効率的に各ユニットを使用することが可能である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、変更するブラシレスＤＣモータに応じたスイッチング用パワーユニットに変更し、使用者が操作ユニットを操作してブラシレスＤＣモータの種類に応じた指令信号を制御ユニットへ送信するのみで、ブラシレスＤＣモータの種類に応じた効率的な回転駆動を制御することが可能となるので、モータ制御に必要な機能及びそれに付随する操作系を含めた機能をソフトウエアとして確立するなど、種々のモータに対して効率的な回転駆動や静音化を可能とするとともに、モータの変更に伴うシステム開発期間を短縮し得るモータ制御システムを提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、本発明におけるの一実施形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものでない。
【００１５】
図１及び図２は、本実施形態におけるモータ制御システムの構成の概要を示す構成図である。
【００１６】
このモータ制御システムは、ブラシレスＤＣモータ１を駆動するためのスイッチング用パワーユニット２と、このスイッチング用パワーユニット２へ送信するためのスイッチング用信号を生成するための制御ユニット３と、使用者の操作に基づき、当該制御ユニット３に送信するための指令信号を生成する操作ユニット４とを有する。操作ユニット４には、使用者がモータ制御に必要な各種パラメータを設定することが可能な操作部と、当該操作部による操作結果やモータの状態などを表示する表示部とを備える。スイッチング用パワーユニット２は、インバータ制御専用パワーエレクトロニクス素子を制御ユニットからの信号によって動作させモータを駆動する。制御ユニット３は、操作ユニット４の上記設定に従って、スイッチング用パワーユニット２を制御する。このモータ制御システムには、スイッチング用パワーユニット２、制御ユニット３及び操作ユニット４の各々のユニットに供給する電源を生成する電源ユニット５が備えられている。
【００１７】
図２に示すとおり、スイッチング用パワーユニット２及び制御ユニット３、制御ユニット３及び操作ユニット４は、着脱自在に接続されており、接続される各ユニットに対して異なる種類のブラシレスＤＣモータ１に取替え可能な構成となっている。
【００１８】
図３は、本実施形態のモータ制御システムを示す概略機能ブロック図である。スイッチング用パワーユニット２は、ブラシレスＤＣモータ１の駆動及び制御信号の検出、すなわちブラシレスＤＣモータ１の回転位置を示す所定の値（電流値）を検出するためのユニットである。また、スイッチング用パワーユニット２は、図４にその回路図を示すとおり、サージ電圧回避のための回路としてのスナバ回路６と、フィードバック信号としての電流値の検出用回路（１シャント／３シャント）であり、センサレス駆動で使用するシャント抵抗回路７と、ＩＰＭ（インテリジェントパワーモジュール）８内ＩＧＢＴの上アームのゲート制御で使用するドライブ回路９とを備える。制御ユニット３は、操作ユニット４との通信用ユニットとしてＩＰＭ制御を行い、図５にその回路図を示すとおり、高速３２ＢｉｔＣＰＵ１０、モータ制御定数メモリ機能を有するＥＥＰＲＯＭ１１、スイッチング用パワーユニット２からの信号をＡ／Ｄ変換で取込みインバータ出力に反映するフィードバック１２を有しており、スイッチング用パワーユニット２におけるＩＰＭ８からの緊急停止用信号を取込む機能を有している。操作ユニット４は、図６にその回路図を示すように、ブラシレスＤＣモータ１のモータ定数設定、及び制御ユニット３との通信用のユニットとして設けられる。また、操作ユニット４は、ＬＣＤ（液晶表示装置）１４による表示機能を有している。この操作ユニットとしてＰＣ（パーソナルコンピュータ）機を用いることも可能である。操作ユニット４は、制御ユニット３の検出した所定の値に応じて、取替えた種類のブラシレスＤＣモータ１毎に設定されるスイッチング用信号を生成させる指令信号を制御ユニット３に送信する。制御ユニット３との通信についてはＵＡＲＴ１３が用いられる。制御ユニット３との通信については、配線を接続するワイヤード方式や、配線などを用いずに電波や赤外線などを介して無線で行うワイヤレス方式を適宜用いることが可能である。なお、この通信方式については、制御ユニット３からスイッチング用パワーユニット２へ信号を送信する際にも適宜いずれかの方式を用いることが可能である。操作ユニット４は、使用者が操作することによって、ＬＣＤに表示される制御項目などから上述したような各種ブラシレスＤＣモータに最適なモータ定数などをそれぞれ設定するティーチングを行うことが可能となっている。従って、表示ユニット４には、各種モータに対応する特性情報をＲＯＭなどに記憶しており、当該ＲＯＭに記憶されたプログラムの進行に基づいて、使用者はＬＣＤの表示を見ながらティーチングを行うことが可能となっている。電源ユニット５は、商用１００Ｖ／２００Ｖ交流電源をダイオードブリッジにて整流して必要な直流電源を作り、また、ＰＦＣにより力率の改善を行うものである。
【００１９】
このような構成を有するモータ制御システムは、スイッチング用パワーユニット２、制御ユニット３及び操作ユニット４というユニット構成となっているので、使用するブラシレスＤＣモータ１の種類を変更する場合においても、最小限のシステム変更で対応が可能となっている。すなわち、ブラシレスＤＣモータ１を別の種類のものに取替える際にも、スイッチング用パワーユニット２を当該種類のブラシレスＤＣモータ１に応じたものに変更するのみで、ブラシレスＤＣモータ１の種類に応じた効率的な回転駆動を制御することが可能となる。なお、スイッチング用パワーユニット２及び制御ユニット３を一つのモジュール１５とし、モータドライバとして提供することも可能である。
【００２０】
また、このモータ制御システムは、簡易調整モード機能を有する。この簡易調整モードにおいては、極数・相数といったモータ情報を設定するだけでシステムがそのモータから必要なデータを取得し、簡単に運転が可能となっており、また、モータの逆起電力による電流をカレントトランスにより検出し、結果を反映したＰＷＭ出力によりモータをドライブする。この簡易調整モード動作について簡単に説明する。まず、図８に示すように、操作ユニット４を用い使用者の操作によって、極数・相数などブラシレスＤＣモータ１の各定数を指示し、指示された各定数（指示定数）などに基づき設定されるスイッチング用信号を生成させる指令信号を制御ユニット３に送信し、制御ユニットは、上記指示定数に従ってＰＷＭ出力をスイッチング用パワーユニット２に行い、当該スイッチング用パワーユニット２を介してブラシレスＤＣモータ１へ出力を行う。次に、図９に示すように、制御ユニット３からスイッチング用パワーユニット２へのＰＷＭ出力を停止するとともに、ブラシレスＤＣモータ１への出力を一旦停止して、制御ユニット３は、ブラシレスＤＣモータ１が慣性力で回転している際の逆起電力の波形を取り込む制御を行う。さらに、図１０に示すように、制御ユニット３は、取り込んだ逆起電力の波形を解析し、使用しているブラシレスＤＣモータ１の種類の特性に応じたパターンを選択してスイッチング用パワーユニット２へブラシレスＤＣモータ毎に設定されるＰＷＭ出力を行い、スイッチング用パワーユニット２がブラシレスＤＣモータ１毎に設定されるスイッチング用信号をブラシレスＤＣモータ１へ出力する。すなわち、このモータ制御システムは、使用者が操作ユニット４を操作することにより、ブラシレスＤＣモータ１の最適運転・最大効率化運転などが可能となるように自動的にチューニングするのである。このチューニングとしては、ＰＷＭ出力波形に第３高調波を含有することによりピーク値を上げたり、弱め界磁により供給電流を増やし、定格速度以上の速度を得るなどの方法が用いられる。
【００２１】
このような構成を有するモータ制御システムにおいては、図１１に示すように、変更するブラシレスＤＣモータ１に応じたスイッチング用パワーユニット２に変更し、使用者が操作ユニット４を操作してブラシレスＤＣモータ１の種類に応じた指令信号を制御ユニット３へ送信するのみで、ブラシレスＤＣモータ１の種類に応じた効率的な回転駆動を制御することが可能となるのである。また、ブラシレスＤＣモータ１の特性を最大限に引き出すことが可能であり、ブラシレスＤＣモータ１の特性に応じた制御方法を操作ユニット４の操作によるソフトウエアで提供し得るとともに、効率運転、静音化を実現することが可能である。さらに、従来一つのモータに対して一つのコントローラで制御していたのに比較して、ソフトウエア、ハードウエアユニットを選択するのみで種々のモータ制御が可能となる。これにより、新規モータ駆動システムの開発が不要となり、インバータ技術の早期導入が可能となって開発期間が大幅に短縮可能となる。また、モータを容易にインバータ化し得、従来より効率的にブラシレスＤＣモータ１を回転させることが可能である他、ブラシレスＤＣモータ１からの信号に基づいて、より効率的に回転するように自動チューニングすることが可能となる。これらによって、既存モータ駆動システムのインバータ化を容易化し得る。
【００２２】
このモータ制御システムは、様々なモータに適用可能であり、例えば、カークーラー、ＡＢＳ、パワーステアリング及び電気自動車などの自動車関係、ロボット、コンベア及びポンプなどの産業機器関係、脱穀機、種まき機及び農薬散布機などの農機具関係、船外機、レーダー及び魚群探知機などの船舶関係、リクライニングベッド、電動車椅子、マッサージチェアなどの医療・福祉・健康機器関係、その他として自動販売機、生ゴミ処理機、キャッシュディスペンサなど、広く適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明は、各種ブラシレスＤＣモータを駆動させるモータ制御システムに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本実施形態におけるモータ制御システムの構成の概要を示す構成図である。
【図２】本実施形態におけるモータ制御システムの構成の概要を示す構成図である。
【図３】本実施形態におけるモータ制御システムの機能を示す機能ブロック図である。
【図４】本実施形態に用いるスイッチング用パワーユニット２の概略の回路図である。
【図５】本実施形態に用いる制御ユニット３の概略の回路図である。
【図６】本実施形態に用いる表示ユニット４の概略の回路図である。
【図７】本実施形態におけるモータ制御システムにおいて、スイッチング用パワーユニット２及び制御ユニット３を一つのモジュールとした構成図である。
【図８】本実施形態のモータ制御システムにおける簡易調整モード動作を説明する説明図であり、操作ユニット４からモータ各定数を指示するステップを示す。
【図９】本実施形態のモータ制御システムにおける簡易調整モード動作を説明する説明図であり、ブラシレスＤＣモータ１の慣性による回転の波形を取り込むステップを示す。
【図１０】本実施形態のモータ制御システムにおける簡易調整モード動作を説明する説明図であり、制御ユニット３が取り込んだ波形を解析し、最適なモータ特性に基づく出力を行うステップを示す。
【図１１】異なる種類のブラシレスＤＣモータを取替えるためのユニット交換を説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００２５】
１      ブラシレスＤＣモータ
２      スイッチング用パワーユニット
３      制御ユニット
４      表示ユニット
５      電源ユニット
【図１】
2007014092.tif 000003
【図２】
2007014092.tif 000004
【図３】
2007014092.tif 000005
【図４】
2007014092.tif 000006
【図５】
2007014092.tif 000007
【図６】
2007014092.tif 000008
【図７】
2007014092.tif 000009
【図８】
2007014092.tif 000010
【図９】
2007014092.tif 000011
【図１０】
2007014092.tif 000012
【図１１】
2007014092.tif 000013