(57)【要約】【課題】簡易に複数の制御項目を設定可能なモータの駆動制御装置およびモータの駆動制御方法を提供する。【解決手段】モータの駆動制御装置２は、パルス情報検出回路５と、パルス情報変換回路６と、制御実行処理回路７と、インバータ回路４とを備える。駆動制御装置２に１系統のＰＷＭ制御信号を入力し、その周波数に応じて制御項目を選択し、デューティ比に応じて選択された制御項目を制御する。そのため、モータの駆動制御装置２は、簡易な回路構成でありながら、複数の制御項目を設定できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の制御項目のうちの１つを制御するための、パルス幅変調された制御信号の周波数およびデューティ比を検出するパルス情報検出回路と、
前記制御信号の周波数に応じて、前記複数の制御項目のうちの１つを選択するパルス情報変換回路と、
前記制御信号のデューティ比に応じて、選択された制御項目を制御する制御実行処理回路と、
前記制御項目の制御内容に応じてモータに電力を供給して、前記モータを駆動する駆動回路と、を備えることを特徴とするモータの駆動制御装置。
【請求項２】
前記パルス情報変換回路は、
前記制御信号の周波数に応じて、前記複数の制御項目のうちの１つを判別する制御項目判別回路と、
前記判別された制御項目に応じて、前記パルス情報検出回路にて検出された前記制御信号のデューティ比の出力先を振り分ける制御実行先振分回路と、を有することを特徴とする請求項１に記載のモータの駆動制御装置。
【請求項３】
前記制御項目は、前記モータの回転速度、前記モータの回転方向、ＰＩＤ制御およびロック保護時間のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１または２に記載のモータの駆動制御装置。
【請求項４】
前記パルス情報検出回路は、前記制御信号の取込開始タイミングおよび取込終了タイミングのうち少なくとも一方を示すトリガ信号を受信し、該トリガ信号に基づくタイミングで前記制御信号の周波数およびデューティ比を検出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のモータの駆動制御装置。
【請求項５】
前記複数の制御項目のうちの１つに対応する周波数帯と、前記複数の制御項目のうちの他の１つに対応する周波数帯と、の間には、いずれの制御項目にも対応しない周波数帯が設けられることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のモータの駆動制御装置。
【請求項６】
複数の制御項目のうちの１つを制御するための、パルス幅変調された制御信号の周波数およびデューティ比を検出するステップと、
前記制御信号の周波数に応じて、前記複数の制御項目のうちの１つを選択するステップと、
前記制御信号のデューティ比に応じて、選択された制御項目を制御するステップと、
前記制御項目の制御内容に応じてモータに電力を供給して、前記モータを駆動するステップと、を備えることを特徴とするモータの駆動制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータの駆動制御を行うモータの駆動制御装置およびモータの駆動制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータドライバに対して制御指令を行う種々の手法が提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１では、通信方式を選択し、データ通信により指令内容をモータドライバに設定する手法が開示されている。モータの駆動制御装置は、数値演算手段で演算された結果にモータ制御手法の種別情報を付加して、複数のモータドライバに転送する通信手段を備えている。
【０００４】
また、特許文献２では、通信手段を有さないモータドライバに対して、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御信号を入力し、そのデューティ比で速度設定を行う手法が開示されている。この駆動制御装置は、ＰＷＭ制御信号を生成するＡＳＩＣ（Application Specified Integrated Circuit）と、ＰＷＭ制御信号に基づいてモータを駆動するモータドライバとを備えている。
【０００５】
その他、モータドライバの入力端子をハイまたはロウに設定することにより、制御指令を行う手法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−１４９３０８号公報
【特許文献２】特開２００６−４２５２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１の手法で制御指令を行うためには、指令を送信する側と、モータドライバ側とが同じ通信機能を有していなければならないという問題がある。
【０００８】
また、特許文献２の手法で制御指令を行う場合、１系統のＰＷＭ制御信号で１つの制御項目しか設定できないという問題がある。
【０００９】
また、モータドライバの入力端子をハイまたはロウに設定する場合、複数の制御項目を設定するためには、制御項目の数に応じて複数の入力端子を設ける必要があり、モータドライバの構成が複雑化してしまうという問題がある。
【００１０】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡易に複数の制御項目を設定可能なモータの駆動制御装置およびモータの駆動制御方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様によれば、モータの駆動制御装置は、パルス情報検出回路と、パルス情報変換回路と、制御実行処理回路と、駆動回路と、を備える。パルス情報検出回路は、複数の制御項目のうちの１つを制御するための、パルス幅変調された制御信号の周波数およびデューティ比を検出する。パルス情報変換回路は、前記制御信号の周波数に応じて、前記複数の制御項目のうちの１つを選択する。制御実行処理回路は、前記制御信号のデューティ比に応じて、選択された制御項目を制御する。駆動回路は、前記制御項目の制御内容に応じてモータに電力を供給して、前記モータを駆動する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ＰＷＭ制御信号の周波数に応じて制御項目を選択し、デューティ比に応じて選択された制御項目を制御するため、１系統のＰＷＭ制御信号を入力する簡易な構成で複数の制御項目が設定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るモータの駆動制御システムの概略ブロック図。
【図２】各チャネルに対するＰＷＭ制御信号の周波数、制御項目、および、デューティ比の設定値との関係の一例を示す図。
【図３】モータの駆動制御システムのより具体的な概略ブロック図。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るモータの駆動制御システムの概略ブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係るモータの駆動制御装置およびモータの駆動制御方法の実施形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。
【００１５】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るモータの駆動制御システムの概略ブロック図である。モータの駆動制御システムは、ＰＷＭ信号生成回路１と、モータの駆動制御装置（以下、駆動制御装置）２と、モータ３０とを備えている。ＰＷＭ信号生成回路１は、ユーザが用意し、これにあわせて駆動制御装置２を設計してもよいし、駆動制御装置２に内蔵してもよい。
【００１６】
ＰＷＭ信号生成回路１は、例えばマイコンあるいはファンクションジェネレータにより構成される。ＰＷＭ信号生成回路１は、１系統のＰＷＭ制御信号を駆動制御装置２に供給する。このＰＷＭ制御信号に応じて、モータ３０の回転速度や回転方向等といった、モータ３０の複数の制御項目のうちの１つが制御される。ＰＷＭ制御信号は、周波数およびデューティ比を可変制御できるものとする。デューティ比とは、例えば、１周期におけるハイである期間の割合をいう。
【００１７】
駆動制御装置２は、制御回路部３と、インバータ回路（駆動回路）４とを有する。
【００１８】
制御回路部３は、ＰＷＭ信号生成回路１からＰＷＭ制御信号を受信する。そして、制御回路部３は、ＰＷＭ制御信号の周波数に応じて制御項目の１つを選択し、そのデューティ比に応じて選択された制御項目を制御する。さらに、制御回路部３は、制御内容に応じた駆動信号をインバータ回路４に供給する。インバータ回路４は、駆動信号に応じてモータ３０に電力を供給して、モータ３０を駆動する。
【００１９】
このように、ＰＷＭ制御信号のデューティ比のみならず、周波数も利用することにより、１系統のＰＷＭ制御信号で複数の制御項目を制御できる点が本実施形態の特徴である。
【００２０】
制御回路部３の内部構成について、より具体的に説明する。制御回路部３は、パルス情報検出回路５と、パルス情報変換回路６と、制御実行処理回路７とを有する。また、パルス情報変換回路６は、制御項目判別回路８と、制御実行先振分回路９とを有する。
【００２１】
パルス情報検出回路５は、ＰＷＭ信号生成回路１から供給されるＰＷＭ制御信号を受信し、そのパルス情報、すなわち、周波数とデューティ比とを検出する。例えば、パルス情報検出回路５は、ＰＷＭ制御信号のある立ち上がりエッジから次の立ち上がりエッジまでの時間を計測することにより、ＰＷＭ制御信号の周波数を検出できる。また、パルス情報検出回路５は、ＰＷＭ制御信号のある立ち上がりエッジから次の立ち下がりエッジまでの時間を計測し、計測時間を周波数の逆数で除すことにより、デューティ比を検出できる。
【００２２】
パルス情報変換回路６内の制御項目判別回路８は、ＰＷＭ制御信号のデューティ比に応じて、制御項目のうちの１つを選択する。制御実行先振分回路９は、選択された制御項目に応じて、ＰＷＭ制御信号のデューティ比の出力先を振り分ける。制御実行処理回路７は、入力されるＰＷＭ制御信号のデューティ比に応じて、選択された制御項目を制御する。
【００２３】
図２は、各チャネルに対するＰＷＭ制御信号の周波数、制御項目、および、デューティ比の設定値との関係の一例を示す図である。
【００２４】
ＰＷＭ制御信号の周波数が１２ｋＨｚ〜１８ｋＨｚ（チャネル１）であれば、制御項目として回転速度が選択される。目標回転速度は、例えば、デューティ比に比例して設定される。ＰＷＭ制御信号の周波数が２２ｋＨｚ〜２８ｋＨｚ（チャネル２）であれば、制御項目として回転方向が選択される。回転速度は、デューティ比が１〜５０％であれば時計まわり（ＣＷ）、５１〜９９％であれば反時計まわり（ＣＣＷ）に設定される。
【００２５】
ＰＷＭ制御信号の周波数が３２ｋＨｚ〜３８ｋＨｚ（チャネル３）であれば、制御項目としてＰＩＤ制御パラメータが選択される。例えば、デューティ比が１〜３０％である場合、予め定めたデューティ比とＰ係数との関係を表すテーブルに基づいて、Ｐ係数が設定される。以下、周波数に応じて種々の制御項目が選択され、デューティ比に応じて制御項目が制御される。そして、ＰＷＭ制御信号の周波数が９２ｋＨｚ〜９８ｋＨｚ（チャネル９）であれば、制御項目としてロック保護時間が選択される。ロック保護時間は、例えばデューティ比に比例して設定される。
【００２６】
なお、同図に示すように、チャネルが割り当てられる周波数の間には、いずれのチャネルも割り当てられない空白の周波数帯（例えば、１８ｋＨｚ〜２２ｋＨｚ、２８ｋＨｚ〜３２ｋＨｚなど）が設けられるのが望ましい。その理由は、ＰＷＭ制御信号の周波数に誤差が含まれる場合でも、指令に対する誤動作を防ぎ、確実に動作させるためである。
【００２７】
これにより、例えば、回転速度を制御するために１８ｋＨｚのＰＷＭ制御信号を生成したはずが、誤差が生じて１８．５ｋＨｚになった場合には、いずれの制御項目も設定されず、他の制御項目が誤って制御されることを防止できる。また、空白の周波数帯を利用して、仕様上はチャネル１の上限を１８ｋＨｚとし、実際の動作保証上限を１９ｋＨｚのように設定してもよい。これにより、誤動作を防止できるだけでなく、上記のように多少の誤差が生じた場合でも、回転速度を制御できる。
【００２８】
同図は、１２〜９８ｋＨｚの周波数を用いて９個の制御項目を制御する例を示したが、これらは適宜変更してもよい。例えば、より高い周波数あるいは低い周波数のＰＷＭ制御信号を用いてもよい。また、ソフトウェアで設定可能な他の制御項目を追加してもよいし、一部の制御項目を省略してもよい。
【００２９】
図３は、モータの駆動制御システムのより具体的な概略ブロック図である。同図の制御実行処理回路７は、図２のチャネル１に対応する回転速度を制御するための処理回路を主に示し、他の制御項目については省略している。以下、周波数が１５ｋＨｚのＰＷＭ制御信号が制御回路部３に入力され、制御項目としてチャネル１の回転速度が選択される場合を例に取って説明する。
【００３０】
モータ３０は、位置検出用センサを有さない３相ブラシレスモータ３０である。モータ３０は、３つの端子Ｕ，Ｖ，Ｗにそれぞれ接続されるＵ相電機子コイル、Ｖ相電機子コイルおよびＷ相電機子コイル（不図示）を有する。
【００３１】
インバータ回路４は、それぞれ縦続接続されるＰＭＯＳＦＥＴ(Field Effect Transistor)Ｑ１とＮＭＯＳＦＥＴＱ２、ＰＭＯＳＦＥＴＱ３とＮＭＯＳＦＥＴＱ４、および、ＰＭＯＳＦＥＴＱ５とＮＭＯＳＦＥＴＱ６を有する。ＰＭＯＳＦＥＴのソースとＮＭＯＳＦＥＴのソースとの間に電源電圧Ｖｃｃが印加され、これらのドレインはモータ３０のＵ端子に接続される。他のＦＥＴも同様である。
【００３２】
インバータ回路４は、制御回路部３からパルス幅変調された駆動信号（以下、ＰＷＭ駆動信号）が供給され、ＰＭＯＳＦＥＴのうちの１つと、ＮＭＯＳＦＥＴのうちの１つをオンする。例えば、ＰＭＯＳＦＥＴＱ１およびＮＭＯＳＦＥＴＱ４がオンすると、モータ３０内のＵ相電機子コイルおよびＶ相電機子コイルに駆動電流が流れる。駆動電流を流す電機子コイルを順繰りに切り替えることにより、モータ３０内のロータ（不図示）が回転する。ＰＷＭ駆動信号のデューティ比が大きいほど回転速度は速くなる。
【００３３】
制御項目判別回路８は、パルス情報検出回路５で検出されたＰＷＭ制御信号の周波数に応じて、複数の制御項目のうち、図２により予め定められた１つを判別する。制御実行先振分回路９は、図２の各チャネルに対応するスイッチＳＷ１〜ＳＷ９を有する。スイッチＳＷ１〜ＳＷ９のうち、制御項目判別回路８により判別された制御項目に対応するスイッチがオンする。
【００３４】
ＰＷＭ制御信号の周波数が１５ｋＨｚであれば、この周波数はチャネル１に対応するため、制御項目判別回路８は制御実行先振分回路９内のスイッチＳＷ１をオンする。そして、スイッチＳＷ１を介して、パルス情報検出回路５で検出されたＰＷＭ制御信号のデューティ比が回転速度を制御するための処理回路である制御実行処理回路７に供給される。
【００３５】
制御実行処理回路７は、誘起電圧検出部１０と、ロータ位置演算部１１と、速度制御回路１２と、デューティ制御部１３と、転流制御回路１４と、を有する。
【００３６】
誘起電圧検出部１０は、モータ３０の端子Ｕ，Ｖ，Ｗに接続され、モータ３０の回転駆動によって各端子に発生する誘起電圧のゼロクロス点を検出する。ロータ位置演算部１１は、誘起電圧検出部１０により検出される各端子の誘起電圧に基づいて、ロータの位置を算出する。ロータの位置は、誘起電圧が０Ｖとなる点を検出することにより、算出できる。
【００３７】
速度制御回路１２は、誘起電圧検出部１０から出力される各端子の誘起電圧のゼロクロス点に基づいて、ロータの回転速度を算出するとともに、ロータの回転速度がＰＷＭ制御信号のデューティ比により設定される目標回転速度と等しくなるよう、デューティ制御部１３を制御する。より具体的には、ロータの回転速度がＰＷＭ制御信号のデューティ比により設定される目標回転速度より大きい（小さい）場合、ＰＷＭ駆動信号のデューティ比が小さく（大きく）なるよう、デューティ制御部１３を制御する。
【００３８】
デューティ制御部１３は、速度制御回路１２の制御に基づいて、インバータ回路４に供給されるＰＷＭ駆動信号のデューティ比を設定する。転流制御回路１４は、ロータ位置演算部１１から出力されるロータの位置に同期して、デューティ制御部１３にて定められたデューティ比でＰＷＭ駆動信号を生成し、インバータ回路４に供給する。このＰＷＭ駆動信号により、インバータ回路４内のＦＥＴがオン・オフ制御されてモータ３０内の電機子コイルに電流が流れ、ロータが回転する。ＰＷＭ駆動信号のデューティ比が大きい（小さい）ほどインバータ回路４内の各ＦＥＴがオンしている期間が長く（短く）なるため、ロータの回転速度は速く（遅く）なる。
【００３９】
このようなフィードバック制御により、モータ３０の回転速度はＰＷＭ制御信号のデューティ比により設定される目標回転速度に近づく。
【００４０】
上述したように、ＰＷＭ制御信号の周波数により回転速度（チャネル１）が選択される場合、ＰＷＭ制御信号のデューティ比は回転速度制御用の処理回路の一部である速度制御回路１２に供給される。一方、例えばＰＷＭ制御信号の周波数により回転方向（チャネル２）が選択される場合、ＰＷＭ制御信号のデューティ比は回転方向制御用の処理回路（不図示）に供給される。転流制御回路１４は回転方向制御用の処理回路の出力に応じたＰＷＭ駆動信号をインバータ回路４に供給する。これにより、モータ３０はＰＷＭ制御信号のデューティ比により設定される回転方向で回転する。
【００４１】
他の制御項目についても、制御項目に応じた処理回路にＰＷＭ制御信号のデューティ比が供給されることにより、モータが制御される。
【００４２】
このように、第１の実施形態では、駆動制御装置２に１系統のＰＷＭ制御信号を入力し、その周波数に応じて制御項目を選択し、デューティ比に応じて選択された制御項目を制御する。そのため、本実施形態に係るモータの駆動制御装置２は、簡易な回路構成でありながら、複数の制御項目を設定できる。
【００４３】
（第２の実施形態）
以下に説明する第２の実施形態では、ＰＷＭ信号生成回路１ａから、ＰＷＭ制御信号に加えてトリガ信号を制御回路部３に供給するものである。
【００４４】
図４は、本発明の第２の実施形態に係るモータの駆動制御システムの概略ブロック図である。図４では、図３と共通する構成部分には同一の符号を付しており、以下では相違点を中心に説明する。
【００４５】
図４のＰＷＭ信号生成回路１ａは、トリガ信号を制御回路部３ａ内のパルス情報検出回路５ａに供給する。トリガ信号はＰＷＭ制御信号のパルス情報の取込開始タイミングを示す。パルス情報検出回路５ａは、トリガ信号を検出すると、ＰＷＭ制御信号のパルス情報を検出する。そして、トリガ信号の検出から所定時間経過後に、パルス情報検出回路５ａは取込を終了する。これにより、仮にＰＷＭ信号生成回路１ａからＰＷＭ制御信号が継続して入力されていた場合に、常時パルス情報変換回路６にパルス情報が取り込まれてしまうのを防ぐことができる。
【００４６】
変形例として、トリガ信号はＰＷＭ制御信号のパルス情報の取込終了タイミングを示してもよい。この場合、ＰＷＭ制御信号が入力されるとパルス情報検出回路５ａは自動でパルス情報の取込を開始し、トリガ信号に同期して取込を終了することにより、常時パルス情報変換回路６にパルス情報が取り込まれてしまうのを防ぐことができる。また、トリガ信号はＰＷＭ制御信号のパルス情報の取込開始タイミングおよび取込終了タイミングの両方を示してもよい。
【００４７】
このように、第２の実施形態では、ＰＷＭ信号生成回路１ａからＰＷＭ制御信号とともにトリガ信号をパルス情報検出回路５ａに供給する。そのため、パルス情報検出回路５ａはＰＷＭ制御信号のパルス情報の取込タイミングを判別でき、常時パルス情報変換回路６にパルス情報が取り込まれてしまうのを防ぐことができる。結果として、モータ３０をより安定的に駆動制御できるようになる。
【００４８】
上述した各実施形態では、モータ３０として位置検出用センサを有さない３相ブラシレスモータである例を示したが、モータの種類は特に限定されるものではなく、本発明は、例えば、ホール素子等の位置検出用センサを有するモータや、ＤＣモータ、ＡＣモータ、サーボモータ等、駆動制御装置を備えるモータに対して適用できる。
【００４９】
上記の記載に基づいて、当業者であれば、本発明の追加の効果や種々の変形を想到できるかもしれないが、本発明の態様は、上述した個々の実施形態には限定されるものではない。特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１，１ａ  ＰＷＭ信号生成回路
２，２ａ  モータの駆動制御装置
３，３ａ  制御回路部
４  インバータ回路
５，５ａ  パルス情報検出回路
６  パルス情報変換回路
７  制御実行処理回路
８  制御項目判別回路
９  制御実行先振分回路
３０  モータ
【図１】
2012070489.tif 000003
【図２】
2012070489.tif 000004
【図３】
2012070489.tif 000005
【図４】
2012070489.tif 000006