(57)【要約】【課題】外部からアナログの制御電圧によって、ＰＷＭ出力電圧デューティの演算を行い、そのＰＷＭ演算器のオフセット、ゲインばらつきの影響に対して、モータ速度を一定とするモータ駆動装置を提供すること。【解決手段】モータ制御端子の電圧がＶ１「Ｖ」〜Ｖ２「Ｖ」の範囲の時に前記ＰＷＭ演算器の出力電圧デューティをＤ１％とし、同様にＶ２「Ｖ」〜Ｖ３「Ｖ」の範囲の時にＤ２％、・・・、ＶＮ「Ｖ」〜ＶＮ＋１「Ｖ」の範囲の時にＤＮ％とするモータ駆動装置である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相ブラスレスＤＣモータを駆動するパワースイッチング素子と、前記パワースイッチング素子を駆動するパルスを生成するＰＷＭ演算器と、前記三相ブラスレスＤＣモータの回転位置検出信号に基づく位相タイミングで変調波を生成する波形生成手段と、外部からの入力されるアナログ制御電圧信号に応じて前記ＰＷＭ演算器のディーティ出力とするモータ制御端子を備え、前記モータ制御端子の電圧がＶ１「Ｖ」〜Ｖ２「Ｖ」の範囲の時に前記ＰＷＭ演算器の出力電圧デューティをＤ１％とし、同様にＶ２「Ｖ」〜Ｖ３「Ｖ」の範囲の時にＤ２％、・・・、ＶＮ「Ｖ」〜ＶＮ＋１「Ｖ」の範囲の時にＤＮ％とする構成を具備するモータ駆動装置。
【請求項２】
前記モータ制御端子電圧に対して、前記ＰＷＭ演算器の出力電圧デューティの変化点において、ヒステリシス特性を具備する請求項１記載のモータ駆動装置。
【請求項３】
前記モータ制御端子電圧の入力電圧は、抵抗分圧方式による電圧が供給される構成を具備する請求項１又は請求項２のいずれかに記載のモータ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば空調機器（エアコン）、燃焼用ファンモータを搭載した給湯器、空気清浄器などに使用される三相ブラシレスＤＣモータ（以下、モータという）の駆動装置に関するものであり、特にモータ制御端子電圧をＰＷＭ出力電圧デューティに変換するＰＷＭ演算器のばらつき及びモータ制御端子電圧の変動に対して、安定したＰＷＭ演算器の出力電圧デューティを出力するモータ駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、空調機器、給湯器、空気清浄器等に使用されるファンモータは省エネルギー化のニーズによってインダクションモータからブラシレスＤＣモータが用いられるようになってきた。それにともないインダクションモータから容易に置き換えが可能なブラシレスＤＣモータの制御に強く望まれている。
【０００３】
ブラシレスＤＣモータの駆動は、モータの速度を制御するために、一般的に電圧型ＰＷＭ（パルス幅変調）駆動方式が用いられている。ＰＷＭはモータの巻線に接続されたパワースイッチング素子（ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ等）のオン時間とオフ時間の割合（以下、デューティという）を変え、モータへ供給する電圧を制御する方式である。
【０００４】
このＰＷＭ駆動のデューティを変えることによりモータの速度制御を行うことができる。このＰＷＭ演算器へのデューティ指令は、小型のブラシレスＤＣモータの場合、モータ駆動装置の外部からアナログ制御電圧信号の電圧にて指令される場合が多い。
【０００５】
従来のモータ駆動装置は特開２００７−３０６７５２号に記載のものがある。図５はこの従来のモータ駆動装置の回路構成図であり、図６は図５に示すモータ駆動装置のアナログ制御電圧とＰＷＭ演算器の出力電圧のデューティの関係を示した図である。
【０００６】
図５において、モータ１のＵ相、Ｖ相およびＷ相には、直流電源２からインバータ２０を介して駆動電力が供給される。インバータ２０は、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ等のパワースイッチング素子２１、２２、２３、２４、２５、２６を備える。制御器３０は波形生成器およびＰＷＭ演算器Ｂ３２Ｂを備える。外部より、アナログ制御電圧信号ＶｓｐをＰＷＭ演算回路に入力する。
【０００７】
モータ駆動装置１０は、インバータ２０、制御器３０および速度検出器４０から構成されている。
【０００８】
次に図５におけるモータ駆動装置の駆動方法を以下に説明する。
【０００９】
モータ１の回転位置信号ＣＳに応じて波形生成器３１が生成するモータ駆動波形信号が、ＰＷＭ演算器Ｂ３２Ｂに入力される。ＰＷＭ演算器Ｂ３２Ｂは、モータ駆動波形信号と外部から入力されるアナログ制御電圧信号Ｖｓｐに基づき、パルス幅変調を行い、ドライブ信号ＵＨ、ＶＨ、ＷＨ、ＵＬ、ＶＬおよびＷＬをインバータ２０の各パワースイッチング素子（２１，２２，２３，２４，２５，２６）に対して出力する。各パワースイッチング素子（２１，２２，２３，２４，２５，２６）はドライブ信号ＵＨ、ＶＨ、ＷＨ、ＵＬ、ＶＬおよびＷＬにて各々の素子がオンまたはオフ動作される。
【００１０】
アナログ制御電圧信号Ｖｓｐは外部機器３からＰＷＭ演算器Ｂ３２Ｂの出力電圧デューティ指令として電圧が印加される。
【００１１】
アナログ制御電圧信号ＶｓｐとＰＷＭ演算器Ｂ３２Ｂの出力電圧デューティは、図６に示すように、ノイズによる誤動作を防止するためゼロ電圧付近にオフセットを設け、オフセット電圧以上になると比例関係（以下、ゲインという）とし、オフセットおよびゲインのばらつきによって、最大電圧が印加されないことを防止するため、最大電圧より低い電圧でデューティが１００％になるように制御される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００７−３０６７５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上記従来技術におけるモータ駆動装置は、安価なアナログＩＣのプロセスを用いて構成されることが多く、ＰＷＭ演算器のオフセットばらつき、ゲインばらつきによって、外部より同じ値の電圧を印加しても、デューティが一定とならず、モータの回転数がばらつくという課題がある。
【００１４】
図６の点線はデューティＤの最小ばらつき、最大ばらつきを示したものであり、Ｃはばらつきによって大きな値となる時で、オフセットが大さくゲインが小さい場合であり、ａはばらつきによって小さな値となる時で、オフセットが小さくゲインが大きい場合である。
【００１５】
したがって同じ値のアナログ制御電圧信号Ｖｓｐが入力されても、デューティがばらつくため、例えば、空調機器において、微風、弱風、中風、強風のモータの速度が一定にならないという課題があった。デューティのばらつきを抑制するためには高精度の変換器を搭載する。また、外部機器に速度フィードバックループ機能を持たせてモータの速度を一定にする方法がとられることがあるが、コストの増加を伴う。
【００１６】
本発明のモータ駆動装置は、上記課題に鑑みなされたものであり、アナログ制御電圧信号Ｖｓｐと、ＰＷＭ出力電圧のデューティの関係をある一定幅のアナログ制御電圧に対し、決められたある一定の値のデューティを出力することを特徴とし、ＰＷＭ演算器のオフセット、ゲインばらつきに対してもモータの速度を一定にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明のモータ駆動装置は、三相ブラスレスＤＣモータを駆動するパワースイッチング素子と、前記パワースイッチング素子を駆動するパルスを生成するＰＷＭ演算器と、前記三相ブラスレスＤＣモータの回転位置検出信号に基づく位相タイミングで変調波を生成する波形生成手段と、外部からの入力されるアナログ制御電圧信号に応じて前記ＰＷＭ演算器のディーティ出力とするモータ制御端子を備え、前記モータ制御端子の電圧がＶ１「Ｖ」〜Ｖ２「Ｖ」の範囲の時に前記ＰＷＭ演算器の出力電圧デューティをＤ１％とし、同様にＶ２「Ｖ」〜Ｖ３「Ｖ」の範囲の時にＤ２％、・・・、ＶＮ「Ｖ」〜ＶＮ＋１「Ｖ」の範囲の時にＤＮ％とする構成を具備する。
【００１８】
また、本発明のモータ駆動装置は、上記構成において、前記モータ制御端子電圧に対して、前記ＰＷＭ演算器の出力電圧デューティの変化点において、ヒステリシス特性を具備する。
【００１９】
また、本発明のモータ駆動装置は、上記構成において、上記モータ制御端子電圧の入力電圧は、抵抗分圧方式による電圧が供給される構成を具備する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のモータ駆動装置は、モータ制御端子に入力されるアナログ制御電圧信号Ｖｓｐと、ＰＷＭ出力電圧のデューティの関係をある一定幅のアナログ制御電圧信号Ｖｓｐに対し、決められたある一定の値のデューティを出力するようにし、かつ、ある一定電圧幅の値とデューティの値を複数個設けるようにすることによって、ＰＷＭ演算器のオフセットばらつき、ゲインのばらつきに関係なく、決められたある一定の値のデューティを出力することで、モータの速度を安定させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施例１におけるモータ駆動装置の回路構成図
【図２】図１に示すモータ駆動装置のアナログ制御電圧信号ＶｓｐとＰＷＭ演算器Ａの出力電圧デューティ関係の説明図
【図３】図２の関係図の各デューティ設定値の変化点に対し、アナログ制御電圧信号ＶｓｐにΔＶ「Ｖ」のヒステリシス特性に関する説明図
【図４】図１のモータ駆動回路にて、アナログ制御電圧信号Ｖｓｐを抵抗分圧方式にて印加する回路ブロック図
【図５】従来のモータ駆動装置の回路ブロック図
【図６】図６に示すモータ駆動装置のアナログ制御電圧信号ＶｓｐとＰＷＭ演算器Ｂの出力電圧デューティに関する説明図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００２３】
図１は、本発明の実施例１におけるモータ駆動装置の回路構成図。図２は図１に示すモータ駆動装置のアナログ制御電圧信号ＶｓｐとＰＷＭ演算器の出力電圧デューティＤの関係を示した図である。
【００２４】
図１において、モータ１のＵ相、Ｖ相およびＷ相には、直流電源２からインバータ２０を介して駆動電力が供給される。インバータ２０は、パワースイッチング素子（ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ等）２１、２２、２３、２４、２５、２６を備える。制御器３０は波形生成器およびＰＷＭ演算器Ａ３２Ａを備える。外部より、アナログ制御電圧信号ＶｓｐをＰＷＭ演算回路Ａ３２Ａに入力する。
【００２５】
モータ駆動装置１０は、インバータ２０、制御器３０および速度検出器４０から構成されている。
【００２６】
アナログ制御電圧信号Ｖｓｐは外部機器３からＰＷＭ演算器Ａ３２Ａの出力電圧デューティ指令として電圧が印加される。
【００２７】
アナログ制御電圧信号ＶｓｐとＰＷＭ演算器Ａ３２Ａの出力電圧デューティＤは、図２に示す。アナログ制御電圧信号Ｖｓｐの値がＶ１「Ｖ」〜Ｖ２「Ｖ」の範囲の時にＰＷＭ演算器の出力電圧デューティＤをＤ１％、同様にＶ２「Ｖ」〜Ｖ３「Ｖ」の範囲の時にＤ２％、・・・、ＶＮ「Ｖ」〜ＶＮ＋１「Ｖ」の範囲の時にＤＮ％とする。図２は説明を簡単にするためにＮ＝５の時の場合を図示している。
【００２８】
以上のように構成された本実施例におけるモータ駆動装置について、次にその動作を説明する。
【００２９】
モータ１の回転位置信号ＣＳに応じて波形生成器３１が生成するモータ駆動波形信号が、ＰＷＭ演算器Ａ３２Ａに入力される。ＰＷＭ演算器Ａ３２Ａは、モータ駆動波形信号と外部から入力されるアナログ制御電圧信号Ｖｓｐに基づき、パルス幅変調を行い、ドライブ信号ＵＨ、ＶＨ、ＷＨ、ＵＬ、ＶＬおよびＷＬをインバータ２０の各パワースイッチング素子（２１，２２，２３，２４，２５，２６）に対して出力する。
【００３０】
各パワースイッチング素子（２１，２２，２３，２４，２５，２６）はドライブ信号ＵＨ、ＶＨ、ＷＨ、ＵＬ、ＶＬおよびＷＬにて各々の素子がオンまたはオフ動作される。
【００３１】
外部機器３からアナログ制御電圧信号Ｖｓｐが印加されると、アナログ制御電圧信号ＶｓｐとＰＷＭ演算器Ａ３２Ａの出力電圧デューティは、図２の関係があり、アナログ制御電圧信号Ｖｓｐの値がＶ１「Ｖ」〜Ｖ2「Ｖ」の範囲の時、ＰＷＭ演算器Ａ３２Ａの出力電圧デューティＤの値Ｄ１％が出力される。例えば、空調機器の場合、ＰＷＭ演算器Ａ３２Ａの出力電圧デューティＤはＤ１％を微風（１速運転）とした時に、アナログ制御電圧信号ＶｓｐがＶ１「Ｖ」〜Ｖ２「Ｖ」範囲の時、１速運転のデューティ出力が可能になる。
【００３２】
次にアナログ制御電圧信号Ｖｓｐの値がＶ２「Ｖ」〜Ｖ３「Ｖ」の範囲の時、ＰＷＭ演算器Ａ３２Ａの出力電圧デューティＤはＤ２％が出力される。例えば、空調機器の場合、ＰＷＭ演算器の出力電圧デューティをＤ２％を弱風（２速運転）とした時に、アナログ制御電圧信号ＶｓｐがＶ２「Ｖ」〜Ｖ３「Ｖ」の範囲の時、２速運転のデューティ出力が可能になる。
【００３３】
同様に、アナログ制御電圧信号Ｖｓｐの値がＶ３「Ｖ」〜Ｖ４「Ｖ」の範囲の時、ＰＷＭ演算器Ａ３２Ａの出力電圧デューティＤはＤ３％が出力される。例えば、空調機器の場合、ＰＷＭ演算器の出力電圧デューティＤをＤ３％を中風（３速運転）とした時に、アナログ制御電圧信号ＶｓｐがＶ３「Ｖ」〜Ｖ４「Ｖ」の範囲の時、３速運転のデューティ出力が可能になる。
【００３４】
同様に、アナログ制御電圧信号Ｖｓｐの値がＶ４「Ｖ」〜Ｖ５「Ｖ」の範囲の時、ＰＷＭ演算器の出力電圧デューティをＤはＤ４％が出力される。例えば、空調機器の場合、ＰＷＭ演算器の出力電圧デューティＤをＤ３％を強風（４速運転）とした時に、アナログ制御電圧信号ＶｓｐがＶ４「Ｖ」〜Ｖ５「Ｖ」の範囲の時、４速運転のデューティ出力が可能になる。
【００３５】
同様に、アナログ制御電圧信号Ｖｓｐの値がＶ５（Ｎ）「Ｖ」〜Ｖ６（Ｎ＋１）「Ｖ」の範囲の時、ＰＷＭ演算器の出力電圧デューティＤは１００％（ＤＮ）が出力される。例えば、空調機器の場合、ＰＷＭ演算器の出力電圧デューティＤを１００％（ＤＮ）とし、最大風（５速運転）とした時に、アナログ制御電圧信号ＶｓｐがＶ５（Ｎ）「Ｖ」〜Ｖ６（Ｎ＋１）「Ｖ」の範囲の時、５速運転のデューティ出力が可能になる。
【００３６】
したがって、ＰＷＭ演算器のオフセットおよびゲインにばらつきがあっても、決められた一定の値のデューティを出力するため、モータの速度を安定させることが可能となる。
【００３７】
なお、ディーティの設定は１速運転からｎ速運転まで機器の動作に応じて任意に設定することは言うまでもない。
【００３８】
また、図３は図２のアナログ制御電圧信号ＶｓｐとＰＷＭ演算器のデューティの関係の各デューティ設定値の変化点に対し、アナログ制御電圧信号ＶｓｐにΔＶ「Ｖ」のヒステリシス特性を持たした図である。このようにヒステリシス特性を持つことによって、デューティ変化点にてモータの速度がばたつくことが防止できる。
【００３９】
なお、図において、１１は直流電源入力＋端子であり、１２は直流電源入力−端子であり、１３はアナログ制御電圧信号端子であり、１４はモータ速度出力端子である。
【実施例２】
【００４０】
図４は図１に示すモータ駆動装置にて空調機器の室外ファン用として、一定速度で運転する場合の抵抗分圧方式によるアナログ制御電圧信号Ｖｓｐの回路構成図である。抵抗分圧方式における抵抗のばらつき、電源電圧の変動・ばらつきによってアナログ制御電圧信号Ｖｓｐが一定にならないが、図２のようにアナログ制御電圧信号ＶｓｐとＰＷＭ演算器のデューティの関係を持つことによって、アナログ制御電圧信号Ｖｓｐの値が多少変化しても、決められた一定の値のデューティを出力するため、モータの速度を安定させる効果がある。
【００４１】
複数個の抵抗を用いた抵抗分圧方式にて多段速度運転する場合にも有効であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、外部機器に速度フィードバックループ機能を持たない空調機器（エアコン）の室外機、給湯器、空気清浄器などに搭載されるモータの駆動に有効である。
【符号の説明】
【００４３】
１  モータ
２  直流電源
３  外部機器
２０  インバータ
３０  制御器
３１  波形生成器
３２Ａ  ＰＷＭ演算器Ａ
３２Ｂ  ＰＷＭ演算器Ｂ
４０  速度検出器
【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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