JP5665063B2 - モータ駆動制御装置、モータ駆動制御方法及びそれを用いたモータ - Google Patents

Description

本発明は、モータ駆動制御装置、モータ駆動制御方法及びそれを用いたモータに関する。

モータ技術の発展に伴い、幅広い技術分野において多様な大きさを有するモータが用いられている。

一般に、モータは、永久磁石と印加電流に応じて極性を変えるコイルとを用いて回転子（Ｒｏｔｏｒ）を回転させて駆動する。最初のモータ形態は、回転子にコイルが備えられたブラシタイプのモータであったが、モータの駆動によってブラシが磨耗したり、スパークが発生するなどの問題点があった。

これにより、最近は、多様な形態のブラシレスモータが広く用いられている。ブラシレスモータは、回転子として永久磁石を用いており、複数のコイルを固定子に備えて回転子の回転を誘導する方式である。

このような多様なモータを制御するにあたり、過電流を制御することは共通の主要事項である。即ち、モータの制御時に駆動電流が過度に提供されると、モータの駆動面または耐久面において不安定な状況が生じ得るため、モータの駆動において過電流を防止することは重要な問題である。

そのために、従来は、別の過電流検出回路を用いた。しかし、このような方式は、過電流検出回路により、モータの制御回路が大きくなり複雑になる問題を有し、これによって電子製品の小型化に伴うモータの小型化というニーズを満たすことができない限界性があった。

下記先行技術文献はこのようなブラシレスモータに関するものであるが、上述した問題点を解決できない限界性を有している。

韓国公開実用新案第１９９９−００３３９０３号公報 韓国公開特許公報 第２００８−００９０１９２号

本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解決するためのものであって、モータの逆起電力を用いて上記モータの過電流の発生有無を推定し、過電流の発生時に制御信号のデューティ比を調節することにより、回路の構成を単純にしながらも、発生した過電流を安定的に補正することができるモータ駆動制御装置、モータ駆動制御方法及びそれを用いたモータを提供することにある。

本発明の第１技術的な側面はモータ駆動制御装置を提案する。上記モータ駆動制御装置は、駆動信号生成部と、逆起電力検出部と、制御部と、を含む。上記駆動信号生成部は、モータ装置の駆動を制御する駆動制御信号を生成する。上記逆起電力検出部は、上記モータ装置から発生する逆起電力を検出する。上記制御部は、上記逆起電力を用いて上記モータ装置の駆動電流を推定し、推定された上記駆動電流が過電流に該当すると、上記駆動制御信号のデューティを調節する。

一実施形態において、上記制御部は、上記逆起電力と上記駆動電流との比例関係を利用して、上記逆起電力の大きさから上記駆動電流を推定することができる。

一実施形態において、上記制御部は、テーブル格納部と、過電流検出器と、を含むことができる。上記テーブル格納部は、上記逆起電力と上記駆動電流との対応関係を格納することができる。上記過電流検出器は、上記テーブル格納部を用いて、上記逆起電力検出部から提供された逆起電力に相応する駆動電流の大きさを推定し、推定された上記駆動電流の大きさが過電流に該当するか否かを判断することができる。

一実施形態において、上記制御部は、デューティ制御器をさらに含むことができる。上記デューティ制御器は、上記駆動電流が上記過電流と判断されると、上記駆動制御信号のデューティを変更するように上記駆動信号生成部を制御することができる。

一実施形態において、上記デューティ制御器は、所定の基準電流と上記過電流との差に比例して、上記変更するデューティの値を決定することができる。

一実施形態において、上記モータ駆動制御装置は、インバータ部をさらに含むことができる。上記インバータ部は、上記モータ装置に含まれた複数の相それぞれに、上記駆動制御信号に応じた電流を提供することができる。

一実施形態において、上記逆起電力検出部は、上記インバータ部及び上記複数の相とそれぞれ連結された複数の逆起電力検出器を含むことができる。

一実施形態において、上記逆起電力検出部は、現在動作していない相と連結された逆起電力検出器を用いて上記逆起電力を検出することができる。

本発明の第２技術的な側面はモータを提案する。上記モータは、モータ装置と、モータ駆動制御装置と、を含む。上記モータ装置は、駆動制御信号に応じて回転動作を行う。上記モータ駆動制御装置は、上記モータ装置に上記駆動制御信号を提供して上記モータ装置の駆動を制御し、上記モータ装置から検出された逆起電力を用いて上記モータ装置に過電流が発生したか否かを判断する。

一実施形態において、上記モータ駆動制御装置は、駆動信号生成部と、逆起電力検出部と、制御部と、を含むことができる。上記駆動信号生成部は、上記駆動制御信号を生成することができる。上記逆起電力検出部は、上記逆起電力を検出することができる。上記制御部は、上記逆起電力を用いて上記モータ装置の駆動電流を推定し、推定された上記駆動電流が過電流に該当すると、上記駆動制御信号のデューティを調節することができる。

一実施形態において、上記制御部は、上記逆起電力と上記駆動電流との比例関係を利用して、上記逆起電力の大きさから上記駆動電流を推定することができる。

本発明の第３技術的な側面はモータ駆動制御方法を提案する。上記モータ駆動制御方法は、モータ装置の駆動を制御するモータ駆動制御装置により行われる。上記モータ駆動制御方法は、上記モータ装置の逆起電力を検出する段階と、検出された上記逆起電力を用いて上記モータ装置の駆動電流を推定する段階と、推定された上記駆動電流が過電流であるか否かをを判断し、もし、過電流であると、上記モータ装置の駆動制御信号のデューティを調節する段階と、を含む。

一実施形態において、上記駆動電流を推定する段階は、上記逆起電力と上記駆動電流との比例関係を利用して、上記逆起電力に該当する駆動電流の大きさを推定する段階を含むことができる。

一実施形態において、上記デューティを調節する段階は、所定の基準電流と上記駆動電流との差を算出する段階と、算出された上記差を利用して、減少させるデューティ値を算出する段階と、を含むことができる。

一実施形態において、上記デューティを調節する段階は、上記デューティ値を反映して上記モータ装置の駆動制御信号を生成する段階をさらに含むことができる。

本発明の一実施形態によると、モータの逆起電力を用いて上記モータの過電流の発生有無を推定し、過電流の発生時に制御信号のデューティ比を調節することにより、回路の構成を単純にしながらも、発生した過電流を安定的に補正することができる効果がある。

モータ駆動制御装置の一例を説明するための構成図である。 図１の過電流検出部の一例を説明するための概略的な回路図である。 本発明によるモータ駆動制御装置の一実施形態を説明するための構成図である。 図３の逆起電力検出部の一実施形態を説明するための概略的な回路図である。 駆動電流と逆起電力との関係を示す参考グラフである。 図３の制御部の一実施形態を説明するためのブロック構成図である。 図３の制御部の一実施形態を説明するための概略的な回路図である。 本発明によるモータ駆動制御方法の一実施形態を説明するためのフローチャートである。

以下では、添付の図面を参照し、本発明の好ましい実施形態について説明する。しかし、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲は以下で説明する実施形態に限定されない。また、本発明の実施形態は、当該技術分野で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。なお、図面における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために誇張されることがある。

以下では、説明の便宜上、ブラシレスモータを基準として本発明を説明する。しかし、これは説明の便宜のためのものであるため、本発明の権利範囲が必ずしもブラシレスモータに限定されないということは明確である。

また、以下では、モータそのものはモータ装置２００と称し、モータ装置２００を駆動するためのモータ駆動制御装置１００とモータ装置２００とを含んでモータと称して説明する。

図１はモータ駆動制御装置の一例を説明するための構成図であり、図２は図１の過電流検出部の一例を説明するための概略的な回路図である。

図１及び図２を参照すると、モータ駆動制御装置１００は、電源供給部１１０と、駆動信号生成部１２０と、インバータ部１３０と、逆起電力検出部１４０と、制御部１５０と、過電流検出部１６０と、を含むことができる。

電源供給部１１０は、モータ駆動制御装置１００の各構成要素に電源を供給することができる。例えば、電源供給部１１０は、常用電源の交流電圧を直流電圧に変換して供給することができる。図示した例において、点線で示された部分は、電源供給部１１０から所定の電源が供給されることを意味する。

駆動信号生成部１２０は、インバータ部１３０に駆動制御信号を提供することができる。

一実施形態において、駆動制御信号は、パルス幅変調信号（ＰＷＭ、Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）であることができる。この場合、駆動信号生成部１２０は、所定の基準波形（例えば、三角波）に可変的な直流レベルを適用することで、パルス幅変調信号のデューティを調節することができる。例えば、三角波の低い電圧レベルに近い直流レベルを適用するほど、パルス幅変調信号のデューティは大きくなる。

インバータ部１３０は、モータ装置２００の動作を制御することができる。例えば、インバータ部１３０は、駆動制御信号に応じて直流電圧を複数の相（例えば、３相または４相）電圧に変換することで、モータ装置２００のコイル（上記複数の相に対応）にそれぞれ印加することができる。

逆起電力検出部１４０は、モータ装置２００の逆起電力を検出することができる。

制御部１５０は、逆起電力検出部１４０から提供される逆起電力を用いて駆動制御信号を生成するように駆動信号生成部１２０を制御することができる。例えば、制御部１５０は、逆起電力のゼロ交差（Ｚｅｒｏ−Ｃｒｏｓｓｉｎｇ）時点に相転換が行われるように駆動信号生成部１２０を制御することができる。

過電流検出部１６０は、モータ装置２００の駆動電流が過電流であるか否かを検出することができる。過電流検出部１６０は、過電流が発生すると、モータ装置２００の駆動を停止するようにすることができる。

図２に示されているように、過電流検出部１６０は、ローパスフィルター１６１と、比較器１６２と、センス抵抗１６３と、を含むことができる。より詳細に説明すると、過電流検出部１６０は、センス抵抗１６３を用いてモータ装置２００に流れる電流を電圧に変換し、変換された電圧を抵抗Ｒｆ及びキャパシターＣｆからなるローパスフィルター１６１を通過させることができる。ローパスフィルター１６１によってフィルタリングされた上記電圧を所定の基準電圧と比較し、基準電圧以上であると、ゲートドライバ（図示せず）をオフにする。

モータ装置２００は、駆動制御信号に応じて回転動作を行うことができる。例えば、モータ装置２００は、インバータ部１３０から提供される各相に流れる電流により、モータ装置２００の各コイルに磁場を発生させることができる。このような各コイルから発生する磁場により、モータ装置２００に備えられた回転子が回転することができる。

しかし、図１及び図２に示された例では、別の過電流検出部１６０を必要とするため、モータ駆動回路の大きさが大きくなり、構成が複雑になる限界がある。また、過電流が検出される場合、ゲートドライバをオフにしてモータ装置２００の駆動そのものを停止させるため、モータ装置２００の駆動が安定的ではなく断絶的に行われるようになって電力消耗が増加する限界性も有している。

以下では、図３から図８を参照して本発明の多様な実施形態について説明する。

後述する本発明の多様な実施形態に関する説明において、図１から図２を参照して詳述した内容と同一であるか、それに相応する内容については繰り返し説明しない。しかし、当業者にとって、上述した説明から本発明の具体的な内容が明確に理解できることは明白である。

図３は本発明によるモータ駆動制御装置の一実施形態を説明するための構成図であり、図４は図３の逆起電力検出部の一実施形態を説明するための概略的な回路図である。

図３及び図４を参照すると、モータ駆動制御装置１００は、電源供給部１１０と、駆動信号生成部１２０と、インバータ部１３０と、逆起電力検出部１４０と、制御部１５０と、を含むことができる。

電源供給部１１０は、モータ駆動制御装置１００の各構成要素に電源を供給することができる。

駆動信号生成部１２０は、制御部１５０の制御に従い、モータ装置２００の駆動制御信号を生成することができる。例えば、所定のデューティ比を有するパルス幅変調信号（以下、ＰＷＭ信号）を生成してインバータ部１３０に提供することで、モータ装置２００を駆動するようにすることができる。

インバータ部１３０は、モータ装置２００の複数の相それぞれに、駆動制御信号による駆動電流を提供することができる。

逆起電力検出部１４０は、モータ装置２００において発生する逆起電力を検出することができる。

一実施形態において、逆起電力検出部１４０は、モータ装置２００の複数の相と連結された複数の逆起電力検出器を含むことができる。逆起電力検出器は、複数の相のうちいずれか一つとインバータ部１３０と共通に連結されることができる。図４には、一つの相（Ａ相）に対する逆起電力検出器の例のみが示されているが、これは図面を簡略に表記するためであって、実際には、図示された３相の全てに対してそれぞれ逆起電力検出器を有してもよい。

一実施形態において、逆起電力検出部１４０は、現在動作していない相と連結された逆起電力検出器を用いることで、逆起電力を検出することができる。これは、現在駆動電流が提供される相によって回転子が回転する場合、現在動作していない相に逆起電力が誘導されるためである。

制御部１５０は、逆起電力を用いてモータ装置の駆動電流を推定することができる。即ち、逆起電力及び駆動電流は比例関係を有することができ、制御部１５０はこのような比例関係を利用して逆起電力から駆動電流を推定することができる。

制御部１５０は、推定された駆動電流が過電流に該当すると、駆動制御信号のデューティを調節することができるようになる。

このような制御部１５０については、図５から図７を参照して以下でより詳細に説明する。

図５は駆動電流と逆起電力との関係を示す参考グラフである。

図５のグラフを参照すると、逆起電力と駆動電流は比例することが分かる。これは、駆動電流が大きくなるほど、モータ装置の回転子の回転速度が速くなり、上記回転子の回転速度が速くなるほど、回転によって誘発される逆起電力の大きさが大きくなるためである。

つまり、本発明は、このような点、即ち、逆起電力と駆動電流との比例関係を利用して逆起電力から駆動電流を推定することができ、これにより、別の過電流検出回路を用いることなく過電流の発生有無を判断することができる。

図６は図３の制御部の一実施形態を説明するためのブロック構成図である。また、図７は図３の制御部の一実施形態を説明するための概略的な回路図である。

図３、図６及び図７を参照すると、制御部１５０は、テーブル格納部１５１と、過電流検出器１５２と、デューティ制御器１５３と、を含むことができる。

テーブル格納部１５１は、逆起電力と駆動電流との対応関係を格納することができる。

過電流検出器１５２は、テーブル格納部１５１を用いることで、逆起電力検出部から提供された逆起電力に相応する駆動電流の大きさを推定することができる。過電流検出器１５２は、推定された駆動電流の大きさが過電流に該当するか否かを判断することができる。

デューティ制御器１５３は、駆動電流が過電流と判断されると、駆動制御信号のデューティを変更するように駆動信号生成部１２０を制御することができる。

上記表１は、速度、駆動制御信号のデューティ、逆起電力及び駆動電流間の関係の一例を示すものである。表１の例と共に、モータ装置２００は、１００００ｒｐｍまで動作するモータと仮定しており、駆動電流が１Ａの８０％以下は一般的な状態、８０％超過は過電流と判断する。

過電流検出器１５２は、テーブル格納部１５１を用いることで、入力された逆起電力に該当する駆動電流を推定することができる。例えば、入力された逆起電力のレベルが４．５Ｖに該当する場合、過電流検出器１５２は、駆動電流が９００ｍＡであると推定することができる。

過電流検出器１５２は推定された駆動電流が過電流であると判断し、デューティ制御器１５３はそれに応じてデューティ比を調節するようにデューティ補正信号を出力することができる。

デューティ制御器１５３は、所定の基準電流と過電流との差に比例して、変更するデューティ値を決定することができる。上述した例を挙げて説明すると、駆動電流が９００ｍＡであると、現在の駆動制御信号は９０％のデューティを有することから、デューティ制御器１５３は、駆動電流が安定した一般的な状態、即ち、デューティ８０％以下になるようにデューティ補正値を計算するようになる。即ち、上述した例において、デューティ補正値は１０％となり、このようなデューティ１０％を減少させるようにデューティ補正信号を出力することができる。

ここで、デューティ制御器１５３は、デューティ補正信号として、パルス幅変調信号の生成に用いられる直流レベルを提供することができる。よって、減少させるデューティ比に応じて電圧が高くなった直流レベルを駆動信号生成部１２０に提供することができ、駆動信号生成部１２０は、このような直流レベルを所定の基準信号（三角波など）と合成してパルス幅変調信号を生成することができる。

図７に示された概略的な回路図において、第１から第３参照信号はテーブル格納部１５１として機能することができ、デコーダは過電流検出器１５２及びデューティ制御器１５３の機能を提供することができる。

図８は本発明によるモータ駆動制御方法の一実施形態を説明するためのフローチャートである。

以下では、図８を参照して本発明によるモータ駆動制御方法の一実施形態を説明する。本発明によるモータ駆動制御方法の一実施形態は、図３から図７を参照して詳述したモータ駆動制御装置１００において行われるものであるため、上述した説明と同一であるか、それに相応する内容については繰り返し説明しない。

図８を参照すると、モータ駆動制御装置１００は、モータ装置２００の逆起電力を検出することができる（Ｓ８１０）。

モータ駆動制御装置１００は、検出された逆起電力を用いてモータ装置２００の駆動電流を推定することができ、推定された駆動電流を用いることで、駆動電流が過電流であるか（過電流状態であるか）否かを確認することができる（Ｓ８２０）。

もし、過電流状態であれば（Ｓ８３０、はい）、モータ駆動制御装置１００は、デューティ補正値を計算し、デューティ補正値を反映して駆動制御信号を生成することができる（Ｓ８４０、Ｓ８５０）。

もし、過電流状態でなければ（Ｓ８３０、いいえ）、モータ駆動制御装置１００は、Ｓ８１０からＳ８３０を繰り返し行うことができる。

Ｓ８２０に対する一実施形態において、モータ駆動制御装置１００は、逆起電力と駆動電流との比例関係を利用して、逆起電力に該当する駆動電流の大きさを推定することができる。

Ｓ８４０に対する一実施形態において、モータ駆動制御装置１００は、所定の基準電流と駆動電流との差を算出し、算出された上記差を利用して、減少させるデューティ値（デューティ補正値）を算出することができる。

Ｓ８５０に対する一実施形態において、モータ駆動制御装置１００は、Ｓ８４０で算出されたデューティ値（デューティ補正値）を反映してモータ装置２００の駆動制御信号を生成することができる。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想から外れない範囲内で多様な修正及び変形が可能であるということは、当技術分野の通常の知識を有するものには明らかである。

１００ モータ駆動制御装置
１１０ 電源供給部
１２０ 駆動信号生成部
１３０ インバータ部
１４０ 逆起電力検出部
１５０ 制御部
１５１ テーブル格納部
１５２ 過電流検出器
１５３ デューティ制御器
１６０ 過電流検出部
１６１ ローパスフィルター
１６２ 比較器
１６３ センス抵抗
２００ モータ装置

Claims (14)

1. モータ装置の駆動を制御する駆動制御信号を生成する駆動信号生成部と、
   前記モータ装置から発生する逆起電力を、電流を印加していない相を用いて検出する逆起電力検出部と、
   前記逆起電力を用いて前記モータ装置の電流を印加している相の駆動電流の大きさを推定し、推定された前記駆動電流の大きさを基準電流の大きさと比較して、前記駆動制御信号のデューティを調節する制御部と、を含む、モータ駆動制御装置。
2. 前記制御部は、
   前記逆起電力と前記駆動電流との比例関係を利用して、前記逆起電力の大きさから前記駆動電流の大きさを推定する、請求項１に記載のモータ駆動制御装置。
3. 前記制御部は、
   前記逆起電力と前記駆動電流との対応関係を格納するテーブル格納部と、
   前記テーブル格納部を用いて、前記逆起電力検出部から提供された逆起電力に相応する駆動電流の大きさを推定し、推定された前記駆動電流の大きさが前記基準電流の大きさを超えると過電流と判断する過電流検出器と、を含む、請求項１または２に記載のモータ駆動制御装置。
4. 前記制御部は、
   前記駆動電流が前記過電流と判断されると、前記駆動制御信号のデューティを変更するように前記駆動信号生成部を制御するデューティ制御器をさらに含む、請求項３に記載のモータ駆動制御装置。
5. 前記デューティ制御器は、
   前記基準電流と前記過電流との差に比例するように前記変更するデューティの値を決定する、請求項４に記載のモータ駆動制御装置。
6. 前記モータ駆動制御装置は、
   前記モータ装置に含まれた複数の相それぞれに、前記駆動制御信号に応じた電流を提供するインバータ部をさらに含む、請求項１から５の何れか１項に記載のモータ駆動制御装置。
7. 前記逆起電力検出部は、
   前記インバータ部及び前記複数の相とそれぞれ連結された複数の逆起電力検出器を含む、請求項６に記載のモータ駆動制御装置。
8. 駆動制御信号に応じて回転動作を行うモータ装置と、
   前記モータ装置に前記駆動制御信号を提供して前記モータ装置の駆動を制御し、前記モータ装置から電流を印加していない相を用いて検出された逆起電力を用いて前記モータ装置の電流を印加している相の駆動電流の大きさを推定し、推定された前記駆動電流の大きさを基準電流の大きさと比較して前記モータ装置に過電流が発生したか否かを判断するモータ駆動制御装置と、を含む、モータ。
9. 前記モータ駆動制御装置は、
   前記駆動制御信号を生成する駆動信号生成部と、
   前記逆起電力を検出する逆起電力検出部と、
   前記逆起電力を用いて前記モータ装置の駆動電流の大きさを推定し、推定された前記駆動電流の大きさを前記基準電流の大きさと比較して、前記駆動制御信号のデューティを調節する制御部と、を含む、請求項８に記載のモータ。
10. 前記制御部は、
    前記逆起電力と前記駆動電流との比例関係を利用して、前記逆起電力の大きさから前記駆動電流を推定する、請求項９に記載のモータ。
11. モータ装置の駆動を制御するモータ駆動制御装置により行われるモータ駆動制御方法であって、
    前記モータ装置の逆起電力を、電流を印加していない相を用いて検出する段階と、
    検出された前記逆起電力を用いて前記モータ装置の電流を印加している相の駆動電流の大きさを推定する段階と、
    推定された前記駆動電流の大きさを基準電流の大きさと比較して、前記駆動電流が過電流であるか否かを判断して、過電流であると判断した場合に前記モータ装置の駆動制御信号のデューティを調節する段階と、を含む、モータ駆動制御方法。
12. 前記駆動電流の大きさを推定する段階は、
    前記逆起電力と前記駆動電流との比例関係を利用して、前記逆起電力に該当する駆動電流の大きさを推定する段階を含む、請求項１１に記載のモータ駆動制御方法。
13. 前記デューティを調節する段階は、
    前記基準電流と前記駆動電流との差を算出する段階と、
    算出された前記差を利用して、減少させるデューティ値を算出する段階と、を含む、請求項１１または１２に記載のモータ駆動制御方法。
14. 前記デューティを調節する段階は、
    前記デューティ値を反映して前記モータ装置の駆動制御信号を生成する段階をさらに含む、請求項１３に記載のモータ駆動制御方法。

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