JP2010088284A - Device for driving motor - Google Patents
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Abstract
【課題】従来とは異なる方法によって、電動機を駆動するためのPWM信号を生成することのできる技術を提供する。
【解決手段】電動機を駆動するための装置は、電動機の第1と第2の駆動部材の相対的位置を示す周期的な位置信号の各半周期を所定の数の区間に分割し、所定の数で循環するアドレス値を、分割された区間ごとにそれぞれ設定するアドレス値設定部と、アドレス値に基づいて、PWM制御をするためのパルス幅を分割された区間ごとにそれぞれ設定するパルス幅設定部と、パルス幅に基づいて、分割された区間ごとにPWM制御を行なうことにより、PWM信号を生成するPWM信号生成部と、を備える。パルス幅設定部は、分割された区間ごとに基礎パルス幅をそれぞれ設定する基礎パルス幅設定部と、基礎パルス幅に係数を掛け合わせてパルス幅を算出する乗算部と、を備える。
【選択図】図18Provided is a technique capable of generating a PWM signal for driving an electric motor by a method different from the conventional one.
An apparatus for driving an electric motor divides each half cycle of a periodic position signal indicating a relative position of first and second drive members of the electric motor into a predetermined number of sections, An address value setting unit that sets an address value that circulates in numbers for each divided section, and a pulse width setting that sets a pulse width for PWM control for each divided section based on the address value And a PWM signal generation unit that generates a PWM signal by performing PWM control for each of the divided sections based on the pulse width. The pulse width setting unit includes a basic pulse width setting unit that sets the basic pulse width for each of the divided sections, and a multiplication unit that calculates the pulse width by multiplying the basic pulse width by a coefficient.
[Selection] Figure 18
Description
本発明は、電動機を駆動するための装置に関するものである。 The present invention relates to an apparatus for driving an electric motor.
従来、電動機の駆動回路に関する技術としては、例えば、特許文献1に開示されたものが知られている。
Conventionally, as a technique related to a drive circuit of an electric motor, for example, one disclosed in
しかし、従来は、電動機を駆動するためのPWM信号を生成する際に、十分な工夫がなされていないのが実情であった。 However, in the past, it has been the actual situation that sufficient ideas have not been made when generating a PWM signal for driving an electric motor.
本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、従来とは異なる方法によって、電動機を駆動するためのPWM信号を生成することのできる技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide a technique capable of generating a PWM signal for driving an electric motor by a method different from the conventional one. .
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するために、以下の形態または適用例を取ることが可能である。 In order to solve at least a part of the problems described above, the present invention can take the following forms or application examples.
[適用例1]
電動機を駆動するための装置であって、
前記電動機の第1と第2の駆動部材の相対的位置を示す周期的な位置信号の各半周期を所定の数の区間に分割し、前記所定の数で循環するアドレス値を、前記分割された区間ごとにそれぞれ設定するアドレス値設定部と、
前記アドレス値に基づいて、PWM制御をするためのパルス幅を前記分割された区間ごとにそれぞれ設定するパルス幅設定部と、
前記パルス幅に基づいて、前記分割された区間ごとにPWM制御を行なうことにより、PWM信号を生成するPWM信号生成部と、
を備え、
前記パルス幅設定部は、
前記分割された区間ごとに基礎パルス幅をそれぞれ設定する基礎パルス幅設定部と、
前記基礎パルス幅に係数を掛け合わせて前記パルス幅を算出する乗算部と、
を備える、装置。
適用例1の構成によれば、従来とは異なる方法によって、PWM信号を生成することができる。また、パルス幅は、基礎パルス幅に係数を掛け合わせることによって算出される。したがって、係数を変更することによって、電動機が発生するトルクを変更することができる。
[Application Example 1]
An apparatus for driving an electric motor,
Each half cycle of the periodic position signal indicating the relative position of the first and second drive members of the electric motor is divided into a predetermined number of sections, and the address value circulating in the predetermined number is divided. Address value setting section to be set for each section,
A pulse width setting unit for setting a pulse width for performing PWM control for each of the divided sections based on the address value;
A PWM signal generation unit that generates a PWM signal by performing PWM control for each of the divided sections based on the pulse width;
With
The pulse width setting unit includes:
A basic pulse width setting unit for setting a basic pulse width for each of the divided sections;
A multiplier for multiplying the basic pulse width by a coefficient to calculate the pulse width;
An apparatus comprising:
According to the configuration of the application example 1, the PWM signal can be generated by a method different from the conventional method. The pulse width is calculated by multiplying the basic pulse width by a coefficient. Therefore, the torque generated by the electric motor can be changed by changing the coefficient.
[適用例2]
適用例1記載の装置であって、
前記乗算部は、前記電動機の始動後における前記係数を、前記電動機の始動時における前記係数よりも小さな値となるように設定する、装置。
適用例2の構成によれば、電動機の始動後におけるトルクを、電動機の始動時におけるトルクよりも小さくなるようにすることができる。
[Application Example 2]
An apparatus according to Application Example 1,
The multiplication unit sets the coefficient after starting the electric motor to be a value smaller than the coefficient when starting the electric motor.
According to the configuration of the application example 2, it is possible to make the torque after starting the motor smaller than the torque when starting the motor.
[適用例3]
適用例1記載の装置であって、
前記乗算部は、前記電動機に要求されるトルクに応じて、前記係数を設定する、装置。
適用例3の構成によれば、電動機に要求されるトルクに応じたトルクを発生させることができる。
[Application Example 3]
An apparatus according to Application Example 1,
The multiplication unit sets the coefficient according to a torque required for the electric motor.
According to the configuration of the application example 3, it is possible to generate torque according to the torque required for the electric motor.
[適用例4]
適用例3記載の装置であって、
前記乗算部は、前記基礎パルス幅に前記係数を掛け合わせた値が所定の最大値よりも大きくなった場合には、前記パルス幅を前記所定の最大値に設定する、装置。
適用例4の構成によれば、略台形を模擬したPWM信号を生成することができる。
[Application Example 4]
A device according to application example 3,
The multiplication unit sets the pulse width to the predetermined maximum value when a value obtained by multiplying the basic pulse width by the coefficient becomes larger than a predetermined maximum value.
According to the configuration of the application example 4, a PWM signal simulating a substantially trapezoid can be generated.
[適用例5]
適用例1ないし4のいずれかに記載の装置であって、
前記基礎パルス幅設定部は、前記電動機のコイルに発生する逆起電力波形を模擬するように、前記基礎パルス幅を設定する、装置。
適用例5の構成によれば、電動機を効率よく駆動することができる。
[Application Example 5]
The apparatus according to any one of Application Examples 1 to 4,
The basic pulse width setting unit sets the basic pulse width so as to simulate a back electromotive force waveform generated in a coil of the electric motor.
According to the configuration of the application example 5, the electric motor can be driven efficiently.
[適用例6]
適用例1ないし4のいずれかに記載の装置であって、
前記基礎パルス幅設定部は、正弦波形を模擬するように、前記基礎パルス幅を設定する、装置。
適用例6の構成によれば、電動機を効率よく駆動することができる。
[Application Example 6]
The apparatus according to any one of Application Examples 1 to 4,
The basic pulse width setting unit sets the basic pulse width so as to simulate a sine waveform.
According to the configuration of Application Example 6, the electric motor can be driven efficiently.
[適用例7]
適用例1ないし6のいずれかに記載の装置であって、
前記アドレス値設定部は、前記アドレス値が循環を開始する時間的位置が、前記位置信号の周期の境界の時間的位置に対して異なる位置となるように、前記アドレス値を設定する、回路。
適用例7の構成では、アドレス値設定部は、アドレス値が循環を開始する時間的位置が、位置信号の周期の境界の時間的位置に対して異なる位置となるように、アドレス値を設定する。したがって、このアドレス値に基づいてパルス幅を設定すれば、PWM信号の進角制御や遅角制御を実現することができる。
[Application Example 7]
The apparatus according to any one of Application Examples 1 to 6,
The circuit, wherein the address value setting unit sets the address value so that a temporal position where the address value starts to circulate is different from a temporal position of a boundary of the period of the position signal.
In the configuration of Application Example 7, the address value setting unit sets the address value so that the temporal position where the address value starts to circulate is different from the temporal position of the boundary of the position signal cycle. . Therefore, if the pulse width is set based on this address value, it is possible to realize advance angle control and retard angle control of the PWM signal.
[適用例8]
適用例1ないし7のいずれかに記載の装置であって、さらに、
前記PWM信号を前記電動機の駆動信号として有効とする励磁区間と、前記PWM信号を前記駆動信号として有効としない非励磁区間とを定める励磁区間設定部を備え、
前記装置は、前記係数と、前記励磁区間と前記非励磁区間との割合と、のうちの少なくとも一方を変化させることによって、前記電動機を制御する、装置。
適用例8の構成によれば、駆動信号を制御するためのパラメータが増えるので、電動機が発生するトルクや回転速度を精度よく制御することができる。
[Application Example 8]
The apparatus according to any one of Application Examples 1 to 7, further comprising:
An excitation interval setting unit that determines an excitation interval in which the PWM signal is effective as a drive signal for the electric motor and a non-excitation interval in which the PWM signal is not effective as the drive signal;
The apparatus controls the electric motor by changing at least one of the coefficient and the ratio of the excitation interval and the non-excitation interval.
According to the configuration of the application example 8, since the parameter for controlling the drive signal increases, the torque and the rotation speed generated by the electric motor can be accurately controlled.
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、電動機の駆動方法および装置、駆動システム、それらの方法または装置の機能を実現するための集積回路、半導体装置、コンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体等の形態で実現することができる。また、本発明は、駆動装置を備えた電動機、その電動機を備えた電子機器、プロジェクタ、携帯機器、ロボット、移動体等の形態で実現することもできる。 Note that the present invention can be realized in various modes. For example, it can be realized in the form of an electric motor driving method and apparatus, a driving system, an integrated circuit for realizing the functions of the method or apparatus, a semiconductor device, a computer program, a recording medium on which the computer program is recorded, and the like. . The present invention can also be realized in the form of an electric motor including a driving device, an electronic device including the electric motor, a projector, a portable device, a robot, a moving body, and the like.
次に、本発明の実施の形態を、実施例に基づいて以下の順序で説明する。
A.第1実施例:
B.第2実施例:
C.第3実施例:
D.第4実施例:
E.変形例:
F.第5実施例:
Next, embodiments of the present invention will be described in the following order based on examples.
A. First embodiment:
B. Second embodiment:
C. Third embodiment:
D. Fourth embodiment:
E. Variation:
F. Example 5:
A.第1実施例:
A1.モータの構成と動作の概要:
図1(A),1(B)は、本発明の一実施例としての単相ブラシレスモータのモータ本体の構成を示す断面図である。このモータ本体100は、外形がそれぞれ略円筒状のステータ部10及びロータ部30を有している。ステータ部10は、略十字状に配列された4つのコイル11〜14と、2つのコイル11,12の間の中央の位置に配置された磁気センサ40とを有している。磁気センサ40は、ロータ部30の位置(すなわちモータの位相)を検出するためのものである。各コイル11〜14には、磁性体材料で形成された磁気ヨーク20が設けられている。コイル11〜14と磁気センサ40は、回路基板120(図1(B))の上に固定されている。回路基板120は、ケーシング102に固定されている。なお、ケーシング102の蓋は図示が省略されている。
A. First embodiment:
A1. Overview of motor configuration and operation:
1A and 1B are cross-sectional views showing the configuration of a motor body of a single-phase brushless motor as an embodiment of the present invention. The
ロータ部30は、4つの永久磁石31〜34を有しており、ロータ部30の中心軸が回転軸112を構成している。この回転軸112は、軸受け部114(図1(B))で支持されている。各磁石の磁化方向は、回転軸112から外側に放射状に向かう方向である。磁石31〜34の外周には、磁気ヨーク36が設けられている。但し、この磁気ヨーク36は省略してもよい。
The
図2は、磁石列とコイル列の位置関係、及び、磁気センサ出力とコイルの逆起電力波形との関係を示す説明図である。図2(A)に示すように、4つの磁石31〜34は、一定の磁極ピッチPmで配置されており、隣接する磁石同士が逆方向に磁化されている。また、コイル11〜14は、一定のピッチPcで配置されており、隣接するコイル同士が逆向きに励磁される。この例では、磁極ピッチPmはコイルピッチPcに等しく、電気角でπに相当する。なお、電気角の2πは、駆動信号の位相が2πだけ変化したときに移動する機械的な角度又は距離に対応づけられる。本実施例では、駆動信号の位相が2πだけ変化すると、ロータ部30が磁極ピッチPmの2倍だけ移動する。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing the positional relationship between the magnet array and the coil array, and the relationship between the magnetic sensor output and the back electromotive force waveform of the coil. As shown in FIG. 2A, the four
4つのコイル11〜14のうち、第1、第3のコイル11,13は同一の位相の駆動信号で駆動され、第2、第4のコイル12,14は第1及び第3のコイル11,13の駆動信号から180度(=π)だけ位相がずれた駆動信号で駆動される。通常の二相駆動は2つの相(A相とB相)の駆動信号の位相が90度(=π/2)ずれており、位相のずれが180度(=π)の場合は無い。また、モータの駆動方法において、位相が180度(=π)ずれた2つの駆動信号は、同じ位相であると見なされる場合が多い。従って、本実施例のモータにおける駆動方法は、単相駆動であると考えることができる。
Of the four
図2(A)は、モータ停止時における磁石31〜34とコイル11〜14の位置関係を示している。本実施例のモータでは、各コイル11〜14に設けられた磁気ヨーク20が、各コイルの中心よりもロータ部30の正転方向に若干ずれた位置に設けられている。従って、モータ停止時には、各コイルの磁気ヨーク20が磁石31〜34によって引きつけられ、磁気ヨーク20が各磁石31〜34の中心と向かい合う位置でロータ部30が停止する。この結果、各コイル11〜14の中心が、各磁石31〜34の中心からずれた位置でモータが停止することになる。また、この時、磁気センサ40も、隣接する磁石の境界から若干ずれた位置にある。この停止位置における位相はαである。位相αはゼロでは無いが、ゼロに近い小さな値(例えば約5度〜10度)である。
FIG. 2A shows the positional relationship between the
図2(B)は、コイルに発生する逆起電力の波形の例を示しており、図2(C)は、磁気センサ40の出力波形の例を示している。磁気センサ40は、モータ運転時のコイルの逆起電力波形と同期した矩形波形のセンサ出力SSDを発生することができる。但し、磁気センサ40の出力SSDは、モータの停止時にも0でない値を示す(位相がπから2πまでのときは除く)。なお、コイルの逆起電力は、モータの回転数とともに上昇する傾向にあるが、波形形状(正弦波)はほぼ相似形状に保たれる。磁気センサ40としては、例えばホール効果を利用したホールIC(デジタル出力)を採用することができる。この例では、センサ出力SSDは矩形波であり、逆起電力Ecは、正弦波か、正弦波に近い波形である。後述するように、このモータの駆動制御回路は、センサ出力SSDを利用して、逆起電力Ecとほぼ相似波形の電圧を各コイル11〜14に印加する。
2B shows an example of the waveform of the counter electromotive force generated in the coil, and FIG. 2C shows an example of the output waveform of the
ところで、電動モータは、機械的エネルギと電気的エネルギとを相互に変換するエネルギ変換装置として機能するものである。そして、コイルの逆起電力は、電動モータの機械的エネルギが電気的エネルギに変換されたものである。従って、コイルに印加する電気的エネルギを機械的エネルギに変換する場合(すなわちモータを駆動する場合)には、逆起電力と相似波形の電圧を印加することによって、最も効率良くモータを駆動することが可能である。なお、以下に説明するように、「逆起電力と相似波形の電圧」は、逆起電力と逆向きの電流を発生する電圧を意味している。 By the way, the electric motor functions as an energy conversion device that mutually converts mechanical energy and electrical energy. The back electromotive force of the coil is obtained by converting the mechanical energy of the electric motor into electrical energy. Therefore, when the electrical energy applied to the coil is converted into mechanical energy (that is, when the motor is driven), the motor is driven most efficiently by applying a voltage having a waveform similar to the counter electromotive force. Is possible. As described below, “a voltage having a waveform similar to that of the back electromotive force” means a voltage that generates a current in the opposite direction to the back electromotive force.
図3は、コイルの印加電圧と逆起電力との関係を示す模式図である。ここで、コイルは逆起電力Ecと抵抗とで模擬されている。また、この回路では、印加電圧E1及びコイルと並列に電圧計Vが接続されている。コイルに電圧E1を印加してモータを駆動すると、印加電圧E1と逆の電流を流す方向に逆起電力Ecが発生する。モータが回転している状態でスイッチSWを開放すると、電圧計Vで逆起電力Ecを測定することができる。スイッチSWを開放した状態で測定される逆起電力Ecの極性は、スイッチSWを閉じた状態で測定される印加電圧E1と同じ極性である。上述の説明において「逆起電力とほぼ相似波形の電圧を印加する」という文言は、このような電圧計Vで測定された逆起電力Ecと同じ極性を有するほぼ相似形状の波形を有する電圧を印加することを意味している。 FIG. 3 is a schematic diagram showing the relationship between the applied voltage of the coil and the back electromotive force. Here, the coil is simulated by a back electromotive force Ec and a resistance. In this circuit, a voltmeter V is connected in parallel with the applied voltage E1 and the coil. When the voltage E1 is applied to the coil to drive the motor, a back electromotive force Ec is generated in a direction in which a current opposite to the applied voltage E1 flows. When the switch SW is opened while the motor is rotating, the back electromotive force Ec can be measured by the voltmeter V. The polarity of the back electromotive force Ec measured with the switch SW opened is the same polarity as the applied voltage E1 measured with the switch SW closed. In the above description, the phrase “applying a voltage having a waveform similar to that of the back electromotive force” refers to a voltage having a waveform having a substantially similar shape having the same polarity as the back electromotive force Ec measured by the voltmeter V. It means to apply.
上述したように、モータを駆動する場合には、逆起電力と相似波形の電圧を印加することによって、最も効率良くモータを駆動することが可能である。なお、正弦波状の逆起電力波形の中位点近傍(電圧0の近傍)ではエネルギ変換効率が比較的低く、反対に、逆起電力波形のピーク近傍ではエネルギ変換効率が比較的高いことが理解できる。逆起電力と相似波形の電圧を印加してモータを駆動すると、エネルギ変換効率の高い期間において比較的高い電圧を印加することになるので、モータ効率が向上する。一方、例えば単純な矩形波でモータを駆動すると、逆起電力がほぼ0となる位置(中位点)の近傍においてもかなりの電圧が印加されるので、モータ効率が低下する。また、このようにエネルギ変換効率の低い期間において電圧を印加すると、渦電流により回転方向以外の方向の振動が生じ、これによって騒音が発生するという問題も生じる。 As described above, when the motor is driven, the motor can be driven most efficiently by applying a voltage having a waveform similar to that of the counter electromotive force. Note that the energy conversion efficiency is relatively low near the middle point of the sinusoidal back electromotive force waveform (near voltage 0), and conversely, the energy conversion efficiency is relatively high near the peak of the back electromotive force waveform. it can. When the motor is driven by applying a voltage having a waveform similar to the counter electromotive force, a relatively high voltage is applied during a period of high energy conversion efficiency, so that the motor efficiency is improved. On the other hand, for example, when the motor is driven with a simple rectangular wave, a considerable voltage is applied even in the vicinity of the position where the back electromotive force is almost zero (middle point), so that the motor efficiency decreases. In addition, when a voltage is applied in such a period with low energy conversion efficiency, vibration in a direction other than the rotation direction is caused by an eddy current, thereby causing a problem that noise is generated.
上述の説明から理解できるように、逆起電力と相似波形の電圧を印加してモータを駆動すると、モータ効率を向上させることができ、また、振動や騒音を低減することができるという利点がある。 As can be understood from the above description, when the motor is driven by applying a voltage having a waveform similar to that of the back electromotive force, the motor efficiency can be improved, and vibration and noise can be reduced. .
図4(A)〜(E)は、モータ本体100の正転動作の様子を示す説明図である。図4(A)は、停止時の磁石31〜34とコイル11〜14の位置関係を示しており、図2(A)と同じ図である。図4(A)の状態においてコイル11〜14を励磁すると、破線の矢印で示す反発力がコイル11〜14と磁石31〜34との間に生じる。この結果、ロータ部30は、正転方向(図の右方向)に始動される。
FIGS. 4A to 4E are explanatory views showing a state of the forward rotation operation of the motor
図4(B)は、位相がπ/2まで進んだ状態を示している。この状態では、吸引力(実線の矢印)と反発力(破線の矢印)とが発生して、大きな駆動力が発生する。図4(C)は、位相が(π−α)まで進んだ状態を示している。位相がπとなるタイミングでコイルの励磁方向が逆転して、図4(D)の状態となる。図4(D)の状態の近傍でモータが停止すると、図4(E)に示すように、磁気ヨーク20が各磁石31〜34に引きつけられた位置でロータ部30が停止する。この位置は、位相が(π+α)の位置となる。このように、本実施例のモータは、位相がα±nπ(nは整数)の位置で停止することが理解できる。
FIG. 4B shows a state where the phase has advanced to π / 2. In this state, a suction force (solid arrow) and a repulsive force (broken arrow) are generated to generate a large driving force. FIG. 4C shows a state where the phase has advanced to (π−α). At the timing when the phase becomes π, the excitation direction of the coil is reversed, and the state shown in FIG. When the motor stops in the vicinity of the state of FIG. 4D, the
図5(A)〜(E)は、モータ本体100の逆転動作の様子を示す説明図である。図5(A)は、停止時の状態を示しており、図4(A)と同じものである。この停止状態から逆転するために、仮に図4(A)と逆方向にコイル11〜14を励磁すると、磁石31〜34とコイル11〜14との間に吸引力(図示せず)が働くことになる。この吸引力は、ロータ部30を逆転させる方向に働く。しかしながら、この吸引力はかなり弱いため、磁石31〜34と磁気ヨーク20との間の吸引力に打ち勝ってロータ部30を逆転させることができない場合がある。
FIGS. 5A to 5E are explanatory views showing the reverse operation of the
本実施例では、逆転動作を行う場合にも、始動時は図5(A)に示すように正転方向に動作させる。そして、ロータ部30が所定量だけ回転した後に(例えば位相が約π/2進んだところで)、図5(B)のように駆動信号を反転して逆転動作を開始させる。こうして、ロータ部30が一旦逆転し始めると、その後、ロータ部30の慣性によって最初の停止位置(位相=α)を通過することができる(図5(C))。その後、位相が0となるタイミングでコイルの励磁方向が逆転する。図5(D)は位相が−π/2の状態を示しており、図5(E)は位相が−π+αの状態を示している。図5(E)の状態の近傍でモータが停止すると、磁気ヨーク20が各磁石31〜34に引きつけられた位置(位相=−π+α)でロータ部30が停止する。
In the present embodiment, even when the reverse operation is performed, the motor is operated in the normal rotation direction as shown in FIG. Then, after the
図6は、モータの移動方向の制御手順を示すフローチャートである。この手順は、後述する駆動制御回路によって実行される。ステップS10では、まず正方向に駆動制御を開始する。ステップS20では、目的とする移動方向が正方向であるか否かが判定される。なお、移動方向は、ステップS10の前に操作員によって駆動制御回路に入力されている。目的とする移動方向が正方向の場合には、そのまま正方向の駆動制御が継続される。一方、目的とする移動方向が逆方向の場合には、ステップS30において、逆転すべき所定のタイミングに達するまで待機する。そして、逆転すべきタイミングに達すると、ステップS40において逆方向の駆動制御が開始される。 FIG. 6 is a flowchart showing a control procedure of the moving direction of the motor. This procedure is executed by a drive control circuit described later. In step S10, first, drive control is started in the positive direction. In step S20, it is determined whether or not the target moving direction is the positive direction. Note that the moving direction is input to the drive control circuit by the operator before step S10. When the target movement direction is the positive direction, the drive control in the positive direction is continued as it is. On the other hand, if the target moving direction is the reverse direction, the process waits at step S30 until a predetermined timing to be reversed is reached. When the timing to reverse is reached, reverse drive control is started in step S40.
以上のように、本実施例のモータでは、位相がα±nπ(αはゼロ及びnπでない所定の値、nは整数)の位置でモータが停止するので、デッド・ロック・ポイントが発生しない。従って、始動コイルを必要とせずに、常に始動することが可能である。また、本実施例のモータでは、停止状態から所定量だけ正転させた後に逆転させることによって、逆転動作を実現することが可能である。 As described above, in the motor of the present embodiment, since the motor stops at a position where the phase is α ± nπ (α is a predetermined value other than zero and nπ, n is an integer), no dead lock point is generated. Therefore, it is possible to always start without requiring a starting coil. Further, in the motor of the present embodiment, it is possible to realize the reverse rotation operation by performing reverse rotation after forward rotation by a predetermined amount from the stopped state.
A2.駆動制御回路の構成:
図7は、本実施例のブラシレスモータの駆動制御回路の構成を示すブロック図である。駆動制御回路200は、CPU220と、駆動信号生成部240と、ドライバ回路250とを備えている。駆動信号生成部240は、モータ本体100内の磁気センサ40の出力信号SSDに基づいて、単相駆動信号DRVA1,DRVA2を生成する。ドライバ回路250は、この単相駆動信号DRVA1,DRVA2に従ってモータ本体100内の電磁コイル11〜14を駆動する。
A2. Configuration of drive control circuit:
FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of the drive control circuit of the brushless motor of this embodiment. The
図8は、ドライバ回路250の内部構成を示している。このドライバ回路250は、H型ブリッジ回路を構成する4つのトランジスタ251〜254を有している。上アームのトランジスタ251,253のゲート電極の前には、レベルシフタ311,313が設けられている。但し、レベルシフタは省略してもよい。ドライバ回路250のトランジスタ251〜254は、スイッチング信号として機能する駆動信号DRVA1,DRVA2に応じてオン/オフし、この結果、電磁コイル11〜14に供給電圧VSUPが断続的に供給される。符号IA1,IA2が付された矢印は、駆動信号DRVA1,DRVA2がHレベルの場合に流れる電流方向をそれぞれ示している。なお、ドライバ回路としては、複数のスイッチング素子で構成される種々の構成の回路を利用可能である。
FIG. 8 shows the internal configuration of the
図9は、ドライバ回路の他の構成を示す説明図である。このドライバ回路は、1組目の電磁コイル11,13用の第1のブリッジ回路250aと、2組目の電磁コイル12,14用の第2のブリッジ回路250bとで構成されている。ブリッジ回路250a,250bのそれぞれは、4つのトランジスタ251〜254で構成されており、この構成は図8に示したものと同じである。トランジスタ251,253のゲート電極の前には、レベルシフタ311,313が設けられている。但し、レベルシフタは省略してもよい。第1のブリッジ回路250aにおいては、第1の駆動信号DRVA1がトランジスタ251,254に供給されており、第2の駆動信号DRVA2が他のトランジスタ252,253に供給されている。一方、第2のブリッジ回路250bにおいては、逆に、第1の駆動信号DRVA1がトランジスタ252,253に供給されており、第2の駆動信号DRVA2がトランジスタ251,254に供給されている。この結果、図9(B),(C)に示すように、第1のブリッジ回路250aと第2のブリッジ回路250bでは動作が逆転している。従って、第1のブリッジ回路250aで駆動される1組目のコイル11,13と、第2のブリッジ回路250bで駆動される2組目のコイル12,14とは、互いに位相がπだけずれている。一方、図8に示した回路では、1組目のコイル11,13の巻き方と、2組目のコイル12,14の巻き方が逆になっており、この巻き方によって2組の位相をπだけずらしている。このように、図8のドライバ回路と図9のドライバ回路のいずれを用いても、2組のコイルの位相が互いにπだけずれる点は同じであり、両者共に1相モータを実現している点に変わりは無い。
FIG. 9 is an explanatory diagram showing another configuration of the driver circuit. The driver circuit includes a
図10は、電磁コイル11〜14の各種の巻き方を示している。この例のように、巻き方を工夫することによって、隣接するコイルを常に逆方向に励磁させることが可能である。
FIG. 10 shows various winding methods of the
図11は、駆動信号生成部240(図7)の内部構成を示す説明図である。駆動信号生成部240は、制御信号生成部300と、アドレス形成部330と、パルス幅設定部340と、PWM信号生成部350と、励磁区間制限部360と、励磁区間信号生成部370とを備えている。制御信号生成部300と、パルス幅設定部340と、励磁区間信号生成部370は、バス400によってCPU220に接続されている。制御信号生成部300は、磁気センサ40からの出力信号SSDを入力とし、PWMクロック信号CLKpwmと、アドレスクロック信号CLKaddと、正逆方向指令値信号RIと、アドレスリセット信号ADDrstと、速度信号RRflagとを出力する。また、制御信号生成部300は、入力されたセンサ信号SSDもそのまま出力する。アドレス形成部330は、アドレスリセット信号ADDrstと、アドレスクロック信号CLKaddと、センサ信号SSDとを入力とし、アドレス値ADDを出力する。パルス幅設定部340は、アドレス値ADDに応じてパルス幅WDを設定する。PWM信号生成部350は、センサ信号SSDと、PWMクロック信号CLKpwmと、アドレスクロック信号CLKaddと、正逆方向指令値信号RIと、パルス幅WDとを入力とし、第1と第2のPWM信号PWM1,2を出力する。励磁区間制限部360は、第1と第2のPWM信号PWM1,2と、励磁区間信号生成部370によって生成された励磁区間信号Enbとに基づいて第1と第2の駆動信号DRVA1,2を生成する。励磁区間信号生成部370は、速度信号RRflagと、アドレス値ADDとに基づいて、励磁区間信号Enbを生成する。これらの動作については、以下に詳述する。
FIG. 11 is an explanatory diagram showing the internal configuration of the drive signal generator 240 (FIG. 7). The drive
図12(A)は、制御信号生成部300の内部構成を示すブロック図である。図12(B)は、各種の信号の変化を示すタイミングチャートである。制御信号生成部300は、基準クロック信号生成部302と、速度信号生成部304と、エッジ検出部306と、PLL回路307と、第2分周器316と、分周値記憶部318と、正逆方向指令値記憶部320とを備えている。基準クロック信号生成部302は、一定の周波数を有する基準クロック信号CLKorgを生成する。この基準クロック信号CLKorgは、速度信号生成部304に供給される。センサ信号SSDは、エッジ検出部306と、PLL回路307とに供給される。エッジ検出部306は、センサ信号SSDの立ち上がりエッジおよび立ち下りエッジを検出するとともに、それぞれのエッジに応じてパルスを発生するアドレスリセット信号ADDrstを生成する。このアドレスリセット信号ADDrstは、速度信号生成部304と、アドレス形成部330(図11)とに供給される。速度信号生成部304は、アドレスリセット信号ADDrstの2つのパルス間において基準クロック信号CLKorgのパルス数をカウントすることにより、モータの回転速度を示す速度信号RRflagを生成する。すなわち、アドレスリセット信号ADDrstの2つのパルス間においてカウントされる基準クロック信号CLKorgのパルス数が多いほど、モータの回転速度は小さく、逆に、カウントされる基準クロック信号CLKorgのパルス数が少ないほど、モータの回転速度は大きい。本実施例では、速度信号生成部304は、カウントされる基準クロック信号CLKorgのパルス数に応じて、速度信号RRflagが0から3の4段階の速度を示すように、カウントされるパルス数の閾値を設定している。速度信号RRflagは、RRflag=0からRRFlag=3になるにしたがって、より大きな速度を示す。
FIG. 12A is a block diagram illustrating an internal configuration of the control
PLL回路307は、位相比較器308と、ループフィルタ(LPF)310と、電圧制御発振器(VCO)312と、第1分周器314とを備えている。第1分周器314は、分周値記憶部318に記憶されている分周値(2×M×N)を用いて、入力されるPWMクロック信号CLKpwmを分周する。センサ信号SSDは、位相比較器308に入力される。一方、第1分周器314によって生成される分周信号DVSSDは、位相比較器308に比較信号として入力される。位相比較器308は、これら2つの信号SSD,DVSSDの位相差を示す誤差信号CPSを生成する。この誤差信号CPSは、チャージポンプ回路を内蔵するループフィルタ310に送られる。ループフィルタ310は、誤差信号CPSのパルスレベルとパルス数とに応じた電圧レベルを有する電圧制御信号LPSを生成して出力する。
The
電圧制御信号LPSは、電圧制御発振器312に供給される。電圧制御発振器312は、電圧制御信号LPSの電圧レベルに応じた周波数を有するPWMクロック信号CLKpwmを出力する。このPWMクロック信号CLKpwmは、第1分周器314で1/(2×M×N)に分周されて、分周信号DVSSDが生成される。この分周信号DVSSDは、前述したように、位相比較器308に送られてセンサ信号SSDと位相比較される。この結果、2つの信号SSD,DVSSDの位相差が0になるように、PWMクロック信号CLKpwmの周波数が収束する。したがって、収束後のPWMクロック信号CLKpwmの周波数fCLKpwmと、センサ信号SSDの周波数fSDDとの関係は、以下の(1)式となる。
fCLKpwm=fSSD×(2×M×N) ...(1)
The voltage control signal LPS is supplied to the
fCLKpwm = fSSD × (2 × M × N) (1)
PWMクロック信号CLKpwmは、第2分周器316と、PWM信号生成部350(図11)とに供給される。第2分周器316は、分周値記憶部318に記憶されている分周値Nを用いて、入力されるPWMクロック信号CLKpwmを分周し、アドレスクロック信号CLKaddを生成する。したがって、アドレスクロック信号CLKaddの周波数fCLKaddと、PWMクロック信号CLKpwmの周波数fCLKpwmとの関係は、以下の(2)式となる。
fCLKadd=fCLKpwm/N ...(2)
The PWM clock signal CLKpwm is supplied to the
fCLKadd = fCLKpwm / N (2)
以上の(1),(2)式より、センサ信号SSDの周波数fSSDと、アドレスクロック信号CLKaddの周波数fCLKaddと、PWMクロック信号CLKpwmの周波数fCLKpwmとの関係は、以下の(3),(4)式となる。
fCLKadd=fSSD×2×M ...(3)
fCLKpwm=fCLKadd×N ...(4)
図12(B)にも示されているように、アドレスクロック信号CLKaddは、センサ信号SSDのハイレベル期間とローレベル期間のそれぞれにおいてM個のパルスを発生する信号である。また、PWMクロック信号CLKpwmは、アドレスクロック信号CLKaddの一周期の間にN個のパルスを発生する信号である。なお、分周値M,Nは、CPU220によって任意の値に書き換えることが可能である。
From the above equations (1) and (2), the relationship between the frequency fSSD of the sensor signal SSD, the frequency fCLKadd of the address clock signal CLKadd, and the frequency fCLKpwm of the PWM clock signal CLKpwm is as follows (3), (4) It becomes an expression.
fCLKadd = fSSD × 2 × M (3)
fCLKpwm = fCLKadd × N (4)
As shown in FIG. 12B, the address clock signal CLKadd is a signal that generates M pulses in each of the high level period and the low level period of the sensor signal SSD. The PWM clock signal CLKpwm is a signal that generates N pulses during one cycle of the address clock signal CLKadd. The frequency dividing values M and N can be rewritten to arbitrary values by the
正逆方向指令値記憶部320は、CPU220から指定されたモータの回転方向を指示する正逆方向指令値信号RIを記憶している。正逆方向指令値信号RIは、モータを正転させたい場合にはローレベルを示し、モータを逆転させたい場合にはハイレベルを示す信号である。
The forward / reverse direction command
図13は、アドレス形成部330の内部構成を示すブロック図である。図14および図15は、アドレス形成部330における各種の信号を示すタイミングチャートである。アドレス形成部330(図13)は、カウンタ部331と、最大カウント値記憶部332と、開始アドレス値記憶部333と、アドレス値算出部334と、極性信号生成部335とを備えている。なお、極性信号生成部335については、後述する。カウンタ部331は、アドレスクロック信号CLKaddのパルス数をカウントし、そのカウント値COUNTをアドレス値算出部334に供給する。そして、カウンタ部331は、アドレスリセット信号ADDrstの立ち上がりエッジにおいてカウント値COUNTを0にリセットし、再びカウントを開始する。ただし、カウント値COUNTが示す上限値は、最大カウント値MAXADDより1だけ小さい値である。この最大カウント値MAXADDは、最大カウント値記憶部332に記憶されている。なお、最大カウント値MAXADDは、分周値Mと等しい値に設定されることが好ましい。本実施例では、分周値M=最大カウント値MAXADD=14である。なお、最大カウント値記憶部332は、CPU220と接続されているため、最大カウント値MAXADDをCPU220によって書き換えることが可能である。
FIG. 13 is a block diagram showing an internal configuration of the
アドレス値算出部334は、カウント値COUNTと、最大カウント値MAXADDと、開始アドレス値STADDとに基づいて、アドレス値ADDを算出する。開始アドレス値STADDは、開始アドレス値記憶部333に記憶されており、アドレス値ADD=0となるタイミングを、カウント値COUNT=0となるタイミングに対してどの程度シフトさせるのかを示す値である。図14は、開始アドレス値STADD=0の場合を示しており、図15は、開始アドレス値STADD=3の場合を示している。なお、開始アドレス値記憶部333は、CPU220と接続されているため、開始アドレス値STADDをCPU220によって書き換えることが可能である。
The address
アドレス値算出部334は、以下のようにアドレス値ADDを算出する。
まず、差分値OFADを以下の(5)式によって算出する。
OFAD=MAXADD−STADD ...(5)
カウント値COUNTが差分値OFADよりも小さい場合には、アドレス値ADDを以下の(6)式によって算出する。
ADD=COUNT+STADD ...(6)
カウント値COUNTが大きくなり、差分値OFAD以上となった場合には、アドレス値ADDを以下の(7)式によって算出する。
ADD=COUNT−OFAD ...(7)
The address
First, the difference value OFAD is calculated by the following equation (5).
OFAD = MAXADD−STADD (5)
When the count value COUNT is smaller than the difference value OFAD, the address value ADD is calculated by the following equation (6).
ADD = COUNT + STADD (6)
When the count value COUNT increases and becomes equal to or greater than the difference value OFAD, the address value ADD is calculated by the following equation (7).
ADD = COUNT-OFAD (7)
以上のようにアドレス値ADDを算出するので、アドレス値ADD=0となるタイミングを、カウント値COUNT=0となるタイミングに対して、開始アドレス値STADDの値の分だけ時間的に早い方向にシフトさせることができる。すなわち、図14では、開始アドレス値STADD=0であるため、カウント値COUNT=0となるタイミングでは、アドレス値ADD=0となっている。一方、図15では、開始アドレス値STADD=3であるため、カウント値COUNT=0となるタイミングでは、アドレス値ADD=3となっている。 Since the address value ADD is calculated as described above, the timing at which the address value ADD = 0 is shifted earlier in time by the value of the start address value STADD than the timing at which the count value COUNT = 0. Can be made. That is, in FIG. 14, since the start address value STADD = 0, the address value ADD = 0 at the timing when the count value COUNT = 0. On the other hand, in FIG. 15, since the start address value STADD = 3, the address value ADD = 3 at the timing when the count value COUNT = 0.
以上のように、アドレス値ADDが循環を開始する起算点(すなわち、アドレス値ADD=0となるタイミング)と、センサ信号SSDの立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジの時間的位置(すなわち、カウント値COUNT=0となるタイミング)とを異なるように設定することにより、PWM信号の進角制御や遅角制御を実現することができる。PWM信号の生成方法については、後述する。 As described above, the starting point at which the address value ADD starts to circulate (that is, the timing when the address value ADD = 0) and the temporal positions of the rising edge and the falling edge of the sensor signal SSD (that is, the count value COUNT = By setting the timing to be different), it is possible to realize the advance angle control and the retard angle control of the PWM signal. A method for generating the PWM signal will be described later.
図16は、極性信号生成部335の内部構成を示す回路図である。極性信号生成部335は、センサ信号SSDと、アドレスクロック信号CLKaddとに基づいて、極性信号Pxを生成する。極性信号Pxは、1つのPWM信号(後述する信号S1)を2つのPWM信号PWM1,PWM2に分離するための信号である。極性信号生成部335は、EXORゲート336と、ディーフリップフロップ337(以下では、「DFF337」とも呼ぶ。)と、反転信号生成部338と、許可信号生成部339とを備えている。これらは以下のように動作する。
FIG. 16 is a circuit diagram showing the internal configuration of the
図17は、極性信号生成部335における各種の信号を示すタイミングチャートである。この図17は、開始アドレス値STADD=3の場合を示している。反転信号生成部338(図16)は、開始アドレス値STADDを入力とし、開始アドレス値STADDが0より大きい場合にハイレベルを示す信号Q1を出力する。EXORゲート336は、センサ信号SSDと、信号Q1との排他的論理和を示す信号Q2を出力する。すなわち、この図17では信号Q1はハイレベルを示しているため、信号Q2は、センサ信号SSDを反転させた波形となっている。許可信号生成部339は、アドレス値ADDを入力とし、アドレス値ADD=0の場合にハイレベルを示す許可信号Q3を出力する。DFF337は、信号Q2と、アドレスクロック信号CLKaddと、許可信号Q3とを入力とし、極性信号Pxを出力する。すなわち、DFF337の入力端子には、信号Q2が入力されており、クロック端子には、アドレスクロック信号CLKaddが入力されており、イネーブル端子には、許可信号Q3が入力されている。極性信号生成部335を以上のような構成とすることにより、極性信号Pxの波形を、センサ信号SSDを開始アドレス値STADDの分だけ時間的に早い方向へシフトさせた波形とすることができる(図17)。
FIG. 17 is a timing chart showing various signals in the polarity
図18(A)は、パルス幅設定部340の内部構成を示すブロック図である。図18(B)は、各種の信号の変化を示すタイミングチャートである。なお、図18(B)に記載されている信号S1は、後述するダウンカウンタ部352(図25)によって生成される信号であり、パルス幅WDに応じたパルスを有する信号である。パルス幅設定部340は、テーブル選択部342と、3つのテーブル部344,346,348と、トルク係数乗算部349とを備えている。テーブル選択部342は、速度信号RRflagの値に応じて、3つのテーブル部344,346,348のうちから1つのテーブル部を選択する。例えば、RRflag=1の場合は、テーブル部346が選択される。3つのテーブル部344,346,348には、アドレス値ADDに応じて出力される基礎パルス幅FWDが格納されている。選択されたテーブル部は、入力されるアドレス値ADDに応じて、基礎パルス幅FWDを出力する。トルク係数乗算部349は、基礎パルス幅FWDにトルク係数Ktxを掛け合わせることによって、パルス幅WDを算出する。CPU220は、このトルク係数Ktxの値を書き換えることができる。なお、トルク係数Ktxについては後述する。
FIG. 18A is a block diagram illustrating an internal configuration of the pulse
RRflag=0の場合、すなわち、モータの回転速度が小さい場合には、第1のテーブル部344が選択される。なお、本明細書において値「Xh」は16進数を意味している。選択された第1のテーブル部344は、常に、基礎パルス幅FWDをFhとして出力する。そして、トルク係数乗算部349は、基礎パルス幅FWDにトルク係数Ktxを掛け合わせて、パルス幅WDを算出する。ここで、トルク係数Ktx=1.0の場合は、基礎パルス幅FWD=パルス幅WDとなる。このようにパルス幅WDを最大値Fhに設定すれば、モータの始動時から低速時においては、大きな駆動力を得ることができる。
When RRflag = 0, that is, when the rotational speed of the motor is low, the
RRflag=1または2の場合、すなわち、モータの回転速度が大きくなった場合には、第2のテーブル部346が選択される。このテーブル部346は、センサ信号SSDのパルスの中心近傍に相当するアドレス値ADDにおいて、基礎パルス幅FWDが最大値Fhとなるように、基礎パルス幅FWDを設定する。そして、アドレス値ADDがセンサ信号SSDのパルスの中心近傍から時間的に遠ざかるにしたがって基礎パルス幅FWDが小さくなるように、それぞれの基礎パルス幅FWDを設定する。そして、トルク係数乗算部349は、基礎パルス幅FWDにトルク係数Ktxを掛け合わせて、パルス幅WDを算出する。このようにパルス幅WDを設定すれば、逆起電力波形を模擬したPWM信号を生成することができ、効率よくモータを駆動させることができる。なお、速度信号RRflagが1または2の場合には、パルス幅設定部340から出力されるパルス幅WDは同一であるが、後述する励磁区間が異なる値に設定される。また、パルス幅WDの最大値は、Fhには限られず、分周値Nの値に応じた所定の最大値や、任意に定めた所定の最大値をとることもできる。
When RRflag = 1 or 2, that is, when the rotational speed of the motor increases, the
RRflag=3となった場合、すなわち、モータの回転速度がさらに大きくなった場合には、第3のテーブル部348が選択される。このテーブル部348は、センサ信号SSDのパルスの中心よりも時間的に早いタイミングで最大値Fhとなるように基礎パルス幅FWDを設定する。この結果、駆動信号DRVAの位相をやや進める進角制御を実現することが可能である。モータの回転が低速の場合には進角制御の有無によって効果はそれほど変わらないが、高速の場合には進角制御により効率を大幅に向上させることが可能である。
When RRflag = 3, that is, when the rotational speed of the motor is further increased, the
なお、3つのテーブル部344,346,348に格納されている基礎パルス幅FWDは、CPU220によって任意の値に書き換えることも可能である。したがって、後述するPWM信号生成部350(図11)によって、任意のパルス幅WDを有するPWM信号PWM1,2を生成することが可能である。
The basic pulse width FWD stored in the three
図19(A)は、RRflag=1または2であり、かつ、STADD=0の場合の各種の信号を示すタイミングチャートである。図19(B)は、RRflag=1または2であり、かつ、STADD=3の場合の各種の信号を示すタイミングチャートである。図19(A)で示すように、STADD=0の場合では、アドレス値ADDが0から13まで循環する一周期の開始点(ADD=0)は、センサ信号SSDの立ち上がりエッジと一致し、アドレス値ADDの一周期の終了点(ADD=13)は、センサ信号SSDの立ち下がりエッジと一致している。一方、図19(B)で示すように、STADD=3の場合では、アドレス値ADDが0から13まで循環する一周期の開始点(ADD=0)と、終了点(ADD=13)は、それぞれセンサ信号SSDの立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジよりも、開始アドレス値STADDの分だけ時間的に早い位置にシフトしている。したがって、センサ信号SSDの立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジの時間的位置と、信号S1の一周期の境界(ADD=0)とを異なる位置に設定することが可能となる。 FIG. 19A is a timing chart showing various signals when RRflag = 1 or 2 and STADD = 0. FIG. 19B is a timing chart showing various signals when RRflag = 1 or 2 and STADD = 3. As shown in FIG. 19A, in the case of STADD = 0, the start point (ADD = 0) of one cycle in which the address value ADD circulates from 0 to 13 coincides with the rising edge of the sensor signal SSD, and the address The end point (ADD = 13) of one cycle of the value ADD coincides with the falling edge of the sensor signal SSD. On the other hand, as shown in FIG. 19B, when STADD = 3, the start point (ADD = 0) and end point (ADD = 13) of one cycle in which the address value ADD circulates from 0 to 13 are Each is shifted to a position earlier in time by the start address value STADD than the rising edge and falling edge of the sensor signal SSD. Therefore, the temporal positions of the rising edge and falling edge of the sensor signal SSD and the boundary of one cycle of the signal S1 (ADD = 0) can be set at different positions.
図20(A)〜(C)は、モータに要求されるトルクと、トルク係数Ktxとの関係を示すグラフである。パルス幅WDは、基礎パルス幅FWDにトルク係数Ktxを乗じることによって得ることができる。したがって、トルク係数Ktxが大きいほど、パルス幅WDの値は大きくなり、電磁コイル11〜14に電圧が印加される期間も長くなる。すなわち、トルク係数Ktxが大きいほど、モータが発生するトルクは大きくなる。 20A to 20C are graphs showing the relationship between the torque required for the motor and the torque coefficient Ktx. The pulse width WD can be obtained by multiplying the basic pulse width FWD by the torque coefficient Ktx. Therefore, the greater the torque coefficient Ktx, the greater the value of the pulse width WD, and the longer the period during which voltage is applied to the electromagnetic coils 11-14. That is, the torque generated by the motor increases as the torque coefficient Ktx increases.
CPU220は、モータに要求されるトルク(以下では「要求トルク」とも呼ぶ。)に応じて、トルク係数Ktxを設定する。具体的には、CPU220は、要求トルクが小さい場合には、トルク係数Ktxを小さな値に設定する。そして、CPU220は、要求トルクが大きいほど、トルク係数Ktxを大きな値に設定する。
例えば、RRflag=1または2のモード状態でモータの始動時には大きな始動トルクが必要であるため、CPU220は、トルク係数Ktxを2.0に設定する。この場合、正弦波形状を模擬する信号S1(図19(A))は、トルク係数Ktxが乗算されることによって台形形状を模擬する波形となる。このため、モータに対して最大の電力供給が行なわれ、モータは最大トルクで始動することが可能となる。そして、CPU220は、モータの始動後の状態に伴い、トルク係数Ktxを2.0から1.0へと徐々に小さな値に設定し、モータは安定回転へと移行する。さらに、トルク係数Ktxが1.0の安定した状態であっても、モータへの負荷が大きくなり、モータに要求されるトルクが大きくなった場合には、CPU220は、再びトルク係数Ktxを負荷に見合った大きな値(例えば1.5)に設定することとしてもよい。このように、トルク係数Ktxの値を変更することによって、基礎パルス幅FWDの値を変更することなく、モータが発生するトルクを容易に、かつダイナミックレンジで変更することができる。なお、本実施例では説明上、CPU220によってトルク係数Ktxの値を設定したが、PI制御やPID制御等を用いて、トルク係数Ktxの値を制御することとしてもよい。この場合、PI制御やPID制御等の帰還ループ回路を、駆動信号生成部240内に設けることが好ましい。
For example, since a large starting torque is required when starting the motor in the mode state of RRflag = 1 or 2, the
図20(A)では、CPU220は、要求トルクが大きくなるにしたがって、トルク係数Ktxの値を1.0から3.0へと大きな値に設定する。図20(B)では、トルク係数Ktxの値を1.0以下にも設定可能としている。こうすれば、駆動信号を正弦波形状に維持しながら、要求トルクのダイナミックレンジを広げることができる。図20(C)では、トルク係数Ktxの値を対数としている。こうすれば、正弦波形状を模擬した状態から、台形形状を模擬した状態まで、要求トルクのダイナミックレンジを更に広げることができる。なお、トルク係数Ktxを、モータのトルク制御用のアクセル内のパラメータとして取り込んでもよく、また、PI制御やPID制御等のトルク制御用のパラメータとして取り込んでも良い。また、トルク係数Ktxを、CPU220以外の回路で制御することとしてもよい。
In FIG. 20A, the
図21は、RRflag=1、Ktx=1.5の場合の各種の信号を示すタイミングチャートである。この図21では、トルク係数Ktxは、1.5に設定されているため、パルス幅WDの値は、基礎パルス幅FWDの値を1.5倍した値になっている。ただし、パルス幅WDの取り得る最大値はFhであるため、基礎パルス幅FWDを1.5倍した値がFhを超える場合には、パルス幅WDはFhに設定される。以下の図22においても同様である。この図21では、センサ信号SSDのパルスの中心近傍の広い区間において、パルス幅WD=Fhとなっている。したがって、このパルス幅WDに基づいて生成されるPWM信号PWM1,2は、略台形を模擬した波形となる。ここで、永久磁石31は、磁束密度が略台形状に分布するように着磁されることが多い。このため、略台形を模擬したPWM信号PMW1,2を用いれば、効率よくモータを駆動することができる。
FIG. 21 is a timing chart showing various signals when RRflag = 1 and Ktx = 1.5. In FIG. 21, since the torque coefficient Ktx is set to 1.5, the value of the pulse width WD is a value obtained by multiplying the value of the basic pulse width FWD by 1.5. However, since the maximum value that the pulse width WD can take is Fh, when the value obtained by multiplying the basic pulse width FWD by 1.5 exceeds Fh, the pulse width WD is set to Fh. The same applies to FIG. 22 below. In FIG. 21, the pulse width WD = Fh in a wide section near the center of the pulse of the sensor signal SSD. Therefore, the PWM signals PWM1, 2 generated based on the pulse width WD have waveforms that simulate a substantially trapezoidal shape. Here, the
このように、基礎パルス幅FWDに、トルク係数Ktxを掛け合わせることによって、パルス幅WDを算出するので、基礎パルス幅FWDの値を変更することなく、PWM信号PWM1,2の波形を変更することができる。また、基礎パルス幅FWDにトルク係数Ktxを掛け合わせた値が所定の最大値よりも大きくなった場合には、パルス幅WDを所定の最大値に設定するので、逆起電力波形を模擬するように基礎パルス幅FWDが設定されていても、略台形を模擬するようにパルス幅WDを出力することができる。なお、基礎パルス幅FWDは、正弦波等の種々の波形を模擬するように設定されていてもよい。 In this way, the pulse width WD is calculated by multiplying the basic pulse width FWD by the torque coefficient Ktx, so that the waveform of the PWM signals PWM1, 2 can be changed without changing the value of the basic pulse width FWD. Can do. Further, when the value obtained by multiplying the basic pulse width FWD by the torque coefficient Ktx becomes larger than a predetermined maximum value, the pulse width WD is set to the predetermined maximum value, so that the counter electromotive force waveform is simulated. Even if the basic pulse width FWD is set, the pulse width WD can be output so as to simulate a substantially trapezoidal shape. The basic pulse width FWD may be set so as to simulate various waveforms such as a sine wave.
図22は、RRflag=3、Ktx=2.0の場合の各種の信号を示すタイミングチャートである。この図22では、トルク係数Ktxが2.0に設定されているため、パルス幅WDの値は、基礎パルス幅FWDの値を2.0倍した値になっている。この図22では、図21に比べて、センサ信号SSDのパルスの中心近傍のより広い区間において、パルス幅WD=Fhとなっている。 FIG. 22 is a timing chart showing various signals when RRflag = 3 and Ktx = 2.0. In FIG. 22, since the torque coefficient Ktx is set to 2.0, the value of the pulse width WD is a value obtained by multiplying the value of the basic pulse width FWD by 2.0. In FIG. 22, compared with FIG. 21, the pulse width WD = Fh in a wider section near the center of the pulse of the sensor signal SSD.
図23は、各種の信号の変化を示すタイミングチャートである。この図23には、逆起電力波形Ecと、センサ信号SSDと、トルク係数Ktxと、PWM信号PWM1,2を併せた波形とが描かれている。なお、PWM信号PWM1,2は、実際には種々のパルス幅を有する2値の信号であるが、便宜上、多値の信号として描かれている。 FIG. 23 is a timing chart showing changes in various signals. In FIG. 23, a back electromotive force waveform Ec, a sensor signal SSD, a torque coefficient Ktx, and a waveform combining the PWM signals PWM1 and PWM2 are drawn. The PWM signals PWM1 and PWM2 are actually binary signals having various pulse widths, but are depicted as multilevel signals for convenience.
この図23では、モータの始動時には、トルク係数Ktxが2.0に設定されている。したがって、PWM信号PWM1,2は、略台形状の波形を模擬している。また、モータの負荷が小さい場合には、トルク係数Ktxが1.0に設定されている。したがって、PWM信号PWM1,2は、逆起電力波形Ecを模擬している。さらに、モータの負荷が大きい場合には、トルク係数Ktxが1.0以上の値(例えば、1.2や1.5)に設定されている。このように、トルク係数Ktxの値を変更することによって、PWM信号PWM1,2の波形を変更することができる。 In FIG. 23, the torque coefficient Ktx is set to 2.0 when the motor is started. Therefore, the PWM signals PWM1, 2 simulate a substantially trapezoidal waveform. When the motor load is small, the torque coefficient Ktx is set to 1.0. Therefore, the PWM signals PWM1, 2 simulate the counter electromotive force waveform Ec. Further, when the motor load is large, the torque coefficient Ktx is set to a value of 1.0 or more (for example, 1.2 or 1.5). Thus, the waveform of the PWM signals PWM1 and 2 can be changed by changing the value of the torque coefficient Ktx.
図24は、トルク係数Ktxと、モータの出力[W]との関係を示すグラフである。この図24には、印加電圧E1が6.1[V]、10.1[V]、15.0[V]、30.0[V]、および45.1[V]の場合が示されている。この図24によれば、トルク係数Ktxが大きくなるにしたがって、モータの出力が大きくなることが理解できる。 FIG. 24 is a graph showing the relationship between the torque coefficient Ktx and the motor output [W]. FIG. 24 shows a case where the applied voltage E1 is 6.1 [V], 10.1 [V], 15.0 [V], 30.0 [V], and 45.1 [V]. ing. According to FIG. 24, it can be understood that the output of the motor increases as the torque coefficient Ktx increases.
図25はPWM信号生成部350の内部構成を示すブロック図である。PWM信号生成部350は、ダウンカウンタ部352と、回転方向制御部354と、EXOR回路356とを備えている。これらは以下のように動作する。
FIG. 25 is a block diagram showing the internal configuration of the
図26は、モータ正転時の各種の信号の変化を示すタイミングチャートである。この図26は、STADD=0の場合を示している。したがって、極性信号Pxの波形は、センサ信号SSDと同じ波形となる。この図26には、極性信号Px(=センサ信号SSD)と、アドレスリセット信号ADDrstと、2つのクロック信号CLKadd,CLKpwmと、アドレス値ADDと、パルス幅WDと、ダウンカウンタ部352内のカウント値CMと、ダウンカウンタ部352の出力S1と、正逆方向指令値信号RI、EXOR回路356の出力S2と、回転方向制御部の出力信号PWM1,PWM2とが示されている。また、この図26では、説明の便宜上、分周値M=5,N=5として描かれている。ダウンカウンタ部352(図25)は、アドレスクロック信号CLKaddの1期間毎に、PWMクロック信号CLKpwmに同期してカウント値CMを0までダウンカウントする動作を繰り返す。カウント値CMの初期値はパルス幅WDの値に設定される。ダウンカウンタ部352の出力S1は、カウント値CMが0で無い場合にはハイレベルに設定され、カウント値CMが0になるとローレベルに立ち下がる。
FIG. 26 is a timing chart showing changes in various signals during normal rotation of the motor. FIG. 26 shows a case where STADD = 0. Therefore, the polarity signal Px has the same waveform as the sensor signal SSD. 26, the polarity signal Px (= sensor signal SSD), the address reset signal ADDrst, the two clock signals CLKadd and CLKpwm, the address value ADD, the pulse width WD, and the count value in the
EXOR回路356は、極性信号Pxと正逆方向指令値信号RIとの排他的論理和を示す信号S2を出力する。モータが正転する場合には、正逆方向指令値信号RIがローレベルである。従って、EXOR回路356の出力S2は、極性信号Pxと同じ信号となる。回転方向制御部354は、ダウンカウンタ部352の出力S1と、EXOR回路356の出力S2から、PWM信号PWM1,PWM2を生成する。すなわち、ダウンカウンタ部352の出力S1のうち、EXOR回路356の出力S2がハイレベルを示している期間における出力S1を第1のPWM信号PWM1として出力し、出力S2がローレベルを示している期間における出力S1を第2のPWM信号PWM2として出力する。
The
図27は、モータ逆転時の各種の信号の変化を示すタイミングチャートである。モータ逆転時には、正逆方向指令値信号RIがハイレベルに設定される。この結果、2つの駆動信号DRVA1,DRVA2が図26から入れ替わっており、この結果、モータが逆転することが理解できる。 FIG. 27 is a timing chart showing changes in various signals during reverse rotation of the motor. During reverse rotation of the motor, the forward / reverse direction command value signal RI is set to a high level. As a result, the two drive signals DRVA1 and DRVA2 are interchanged from FIG. 26, and as a result, it can be understood that the motor reverses.
図28(A)は、励磁区間制限部360の内部構成を示すブロック図である。図28(B)は、各種の信号の変化を示すタイミングチャートである。励磁区間制限部360は、2つのAND回路362,364を備えている。励磁区間信号Enbは、励磁区間信号生成部370(図11)によって生成される信号であり、ハイレベル期間を励磁区間EPとして設定し、ローレベル期間を非励磁区間NEPとして設定する。励磁区間EPは、PWM信号PWM1,2を駆動信号DRVA1,2として有効とする区間であり、非励磁区間NEPは、PWM信号PWM1,2を駆動信号DRVA1,2として無効とする区間である。すなわち、第1AND回路362は、励磁区間信号EnbとPWM信号PWM1との論理積を示す駆動信号DRVA1を出力し、第2AND回路364は、励磁区間信号EnbとPWM信号PWM2との論理積を示す駆動信号DRVA2を出力する。励磁区間信号Enbの生成方法については後述する。図28(B)では、センサ信号SSDがハイレベルからローレベルに移行する付近と、ローレベルからハイレベルに移行する付近では、励磁区間信号Enbがローレベルとなっており、これによって非励磁区間NEPが設定されている。従って、この非励磁区間NEPでは、いずれの駆動信号DRVA1,DRVA2も出力されず、ハイインピーダンス状態に維持される。
FIG. 28A is a block diagram showing the internal configuration of the excitation
図29は、励磁区間信号生成部370の内部構成を示すブロック図である。励磁区間信号生成部370は、スタート値設定部371と、エンド値設定部372と、ウインドウコンパレータ373とを備えている。スタート値設定部371は、速度信号RRflagを入力とし、速度信号RRflagの値に応じて、スタート値STを設定する。スタート値STは、励磁区間信号Enbがハイレベルとなるタイミングを示す値である。エンド値設定部372は、速度信号RRflagを入力とし、速度信号RRflagの値に応じて、エンド値EDを設定する。エンド値EDは、励磁区間信号Enbがハイレベルからローレベルに立ち下がるタイミングを示す値である。
FIG. 29 is a block diagram showing an internal configuration of the excitation interval
ウインドウコンパレータ373は、アドレス値ADDと、スタート値STと、エンド値EDとを入力とし、励磁区間信号Enbを出力する。すなわち、ウインドウコンパレータ373は、アドレス値ADDがスタート値ST以上であり、かつ、エンド値ED以下である場合には、励磁区間信号Enbをハイレベルとして出力する。一方、ウインドウコンパレータ373は、アドレス値ADDがスタート値ST未満である場合及びアドレス値ADDがエンド値EDより大きい場合には、励磁区間信号Enbをローレベルとして出力する。
The
図30は、RRflag=0、STADD=0の場合における励磁区間信号Enbを示すタイミングチャートである。この図30には、励磁区間信号Enbの他に、参考として、センサ信号SSDと、アドレスクロック信号CLKaddと、PWMクロック信号CLKpwmと、アドレス値ADDとが記載されている。以下で示す図31ないし図34においても同様である。この実施例では、RRflag=0の場合には、ST=0、ED=13に設定される。したがって、励磁区間信号Enbは、アドレス値ADDの0から13までの全ての期間でハイレベルを示している。 FIG. 30 is a timing chart showing the excitation interval signal Enb when RRflag = 0 and STADD = 0. In FIG. 30, in addition to the excitation interval signal Enb, for reference, a sensor signal SSD, an address clock signal CLKadd, a PWM clock signal CLKpwm, and an address value ADD are described. The same applies to FIGS. 31 to 34 shown below. In this embodiment, when RRflag = 0, ST = 0 and ED = 13 are set. Therefore, the excitation interval signal Enb shows a high level in all the periods from 0 to 13 of the address value ADD.
図31は、RRflag=1、STADD=0の場合における励磁区間信号Enbを示すタイミングチャートである。RRflag=1の場合には、ST=2、ED=11に設定される。したがって、励磁区間信号Enbは、アドレス値ADDが2から11までの期間においてハイレベルを示している。 FIG. 31 is a timing chart showing the excitation interval signal Enb when RRflag = 1 and STADD = 0. When RRflag = 1, ST = 2 and ED = 11 are set. Therefore, the excitation interval signal Enb shows a high level during a period in which the address value ADD is from 2 to 11.
図32は、RRflag=2、STADD=0の場合における励磁区間信号Enbを示すタイミングチャートである。RRflag=2の場合には、ST=3、ED=10に設定される。したがって、励磁区間信号Enbは、アドレス値ADDが3から10までの期間においてハイレベルを示している。 FIG. 32 is a timing chart showing the excitation interval signal Enb when RRflag = 2 and STADD = 0. When RRflag = 2, ST = 3 and ED = 10 are set. Therefore, the excitation interval signal Enb shows a high level during the period in which the address value ADD is from 3 to 10.
図33は、RRflag=3、STADD=0の場合における励磁区間信号Enbを示すタイミングチャートである。RRflag=3の場合には、ST=2、ED=9に設定される。したがって、励磁区間信号Enbは、アドレス値ADDが2から9までの期間においてハイレベルを示している。 FIG. 33 is a timing chart showing the excitation interval signal Enb when RRflag = 3 and STADD = 0. When RRflag = 3, ST = 2 and ED = 9 are set. Therefore, the excitation interval signal Enb shows a high level during the period from the address value ADD of 2 to 9.
図34は、RRflag=3、STADD=3の場合における励磁区間信号Enbを示すタイミングチャートである。RRflag=3の場合には、ST=2、ED=9に設定される。したがって、励磁区間信号Enbは、アドレス値ADDが2から9までの期間においてハイレベルを示している。ここで、開始アドレス値STADDは3に設定されているため、アドレス値ADDは、センサ信号SSDの立ち上がりエッジにおいて3となっている。 FIG. 34 is a timing chart showing the excitation interval signal Enb when RRflag = 3 and STADD = 3. When RRflag = 3, ST = 2 and ED = 9 are set. Therefore, the excitation interval signal Enb shows a high level during the period from the address value ADD of 2 to 9. Here, since the start address value STADD is set to 3, the address value ADD is 3 at the rising edge of the sensor signal SSD.
励磁区間信号生成部370を以上のような構成とすれば、励磁区間信号Enbの位相をセンサ信号SSDに対して進める進角制御や、遅くする遅角制御を実現することができる。
If the excitation interval
このように、第1実施例では、アドレス値ADDが循環を開始する起算点(すなわち、アドレス値ADD=0となるタイミング)と、センサ信号SSDの立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジの時間的位置(すなわち、カウント値COUNT=0となるタイミング)とを異なるように設定することにより、PWM信号PWM1,2や励磁区間信号Enbの進角制御や遅角制御を実現することができる。なお、アドレス形成部330は、本発明におけるアドレス値設定部に相当する。
As described above, in the first embodiment, the starting point at which the address value ADD starts to circulate (that is, the timing when the address value ADD = 0) and the temporal positions of the rising edge and the falling edge of the sensor signal SSD (that is, In other words, the advance angle control and the retard angle control of the PWM signals PWM1, 2 and the excitation interval signal Enb can be realized. The
また、第1実施例では、トルク係数Ktxの値を変更することによって、基礎パルス幅FWDの値を変更することなく、モータが発生するトルクを変更することができる。 In the first embodiment, the torque generated by the motor can be changed without changing the value of the basic pulse width FWD by changing the value of the torque coefficient Ktx.
B.第2実施例:
図35(A)は、第2実施例におけるパルス幅設定部340bの内部構成を示すブロック図である。図35(B)は、パルス幅設定部340bがアドレス値ADDから基礎パルス幅FWDを算出するまでの演算の結果を示す表である。図18に示した第1実施例との違いは、基礎パルス幅FWDの生成方法が異なっているという点だけであり、他の全体の構成は第1実施例と同じである。
B. Second embodiment:
FIG. 35A is a block diagram showing the internal configuration of the pulse
パルス幅設定部340bは、正規化部382と、演算部384と、演算係数設定部386と、トルク係数乗算部349とを備えている。正規化部382は、分周値記憶部318と接続されている。正規化部382は、分周値Mを用いて、アドレス値ADDを以下の(8)式にしたがって0〜1の範囲に正規化し、正規化値Xを求める。
X=ADD/(M−1) ...(8)
The pulse
X = ADD / (M−1) (8)
演算係数設定部386は、演算部384で用いられる係数K0を、速度信号RRflagの値に応じて設定する。なお、演算係数設定部386内に格納されている係数K0の値は、CPU220によって任意の値に書き換え可能とすることが好ましい。演算部384は、正規化値Xを入力とし、以下の(9)式にしたがって基礎パルス幅FWDを求める。
FWD=K0×sin(X・π) ...(9)
ただし、図35(B)で示した表では、係数K0=15として演算を行っている。ここで、係数K0は分周値Nを超えない値とすることが好ましい。これは、PWM信号生成部350で生成するパルスの分解能を超えて基礎パルス幅FWDを設定しても、PWM信号生成部350は基礎パルス幅FWDに応じたパルスを生成することができないからである。また、演算部384から出力される基礎パルス幅FWDは、上記(9)式で求められた値を四捨五入して得られた整数としての値である。
The calculation
FWD = K0 × sin (X · π) (9)
However, in the table shown in FIG. 35B, the calculation is performed with the coefficient K0 = 15. Here, the coefficient K0 is preferably a value that does not exceed the frequency division value N. This is because even if the basic pulse width FWD is set exceeding the resolution of the pulse generated by the PWM
このように、sin関数を用いて演算を行う演算部384によって、基礎パルス幅FWDを算出することも可能である。
In this manner, the basic pulse width FWD can be calculated by the
C.第3実施例:
図36(A)は、第3実施例におけるパルス幅設定部340cの内部構成を示すブロック図である。図36(B)は、パルス幅設定部340cがアドレス値ADDから基礎パルス幅FWDを算出するまでの演算の結果を示す表である。図35に示した第2実施例との違いは、演算に用いる係数の数と、演算部384cの演算式が異なっているという点だけであり、他の全体の構成は第2実施例と同じである。
C. Third embodiment:
FIG. 36A is a block diagram showing the internal configuration of the pulse
パルス幅設定部340cは、正規化部382と、演算部384cと、演算係数設定部386cと、トルク係数乗算部349とを備えている。演算係数設定部386cは、演算部384cで用いられる5つの係数K0,K1,K2,K3,K4を速度信号RRflagに応じて設定する。なお、第2実施例と同様に、演算係数設定部386cとCPU220とを接続し、演算係数設定部386c内に格納されている5つの係数K0,K1,K2,K3,K4の値を任意の値に書き換え可能とすることが好ましい。演算部384cは、正規化値Xを入力とし、以下の(10)式にしたがって基礎パルス幅FWDを求める。
FWD=K0×(K1・X3+K2・X2+K3・X+K4) ...(10)
ただし、この第3実施例では、係数として、K0=15、K1=−2.270×10-13、K2=−4.685、K3=4.350、K4=−3.286×10-2の値を用いて基礎パルス幅FWDを求めている。なお、演算部384から出力される基礎パルス幅FWDは、上記(10)式で求められた値を四捨五入して得られた整数としての値である。また、基礎パルス幅FWDの演算結果がマイナスの値を示した場合は、基礎パルス幅FWDは、FWD=0として出力される。
The pulse
FWD = K0 × (K1 · X 3 + K2 · X 2 + K3 · X + K4) (10)
However, in this third embodiment, the coefficients are K0 = 15, K1 = −2.270 × 10 −13 , K2 = −4.685, K3 = 4.350, K4 = −3.286 × 10 −2. The basic pulse width FWD is obtained using the values of. The basic pulse width FWD output from the
このように、3次関数を用いて演算を行う演算部384cによって、基礎パルス幅FWDを算出することも可能である。
In this manner, the basic pulse width FWD can be calculated by the
D.第4実施例:
図37は、デジタル回路で実現したPLL回路307bの構成を示す説明図である。PLL回路307bは、カウンタ部402と、記憶部404と、演算部406と、記憶部408と、カウンタ部410と、記憶部412と、分周器414とを備えている。カウンタ部402は、センサ信号SSDの半周期における基準クロック信号CLKorgのパルス数をカウントする。記憶部404は、センサ信号SSDの半周期における基準クロック信号CLKorgのパルス数をカウント値Cnとして記憶する。
D. Fourth embodiment:
FIG. 37 is an explanatory diagram showing the configuration of the
記憶部412は、係数値Mと、係数値Nを記憶する。この係数値Nは、分周器414の分周値Nと同じ値である。演算部406は、以下の(11)式に従って、演算値MNxを算出する。
MNx=int(Cn/MN) ...(11)
ここで、"int"は、値の整数部を取り出すことを示す。記憶部408は、演算値MNxを記憶する。カウンタ部410は、基準クロック信号CLKorgを演算値MNxで分周して、PWMクロック信号CLKpwmを生成する。分周器414は、PWMクロック信号CLKpwmを分周値Nで分周して、アドレスクロック信号CLKaddを生成する。
The storage unit 412 stores a coefficient value M and a coefficient value N. This coefficient value N is the same value as the frequency division value N of the
MNx = int (Cn / MN) (11)
Here, “int” indicates that the integer part of the value is taken out. The
したがって、センサ信号SSDの周波数fSSDと、アドレスクロック信号CLKaddの周波数fCLKaddと、PWMクロック信号CLKpwmの周波数fCLKpwmとの関係は、以下の(12),(13)式となる。
fCLKadd=fSSD×2×M ...(12)
fCLKpwm=fCLKadd×N ...(13)
Therefore, the relationship between the frequency fSSD of the sensor signal SSD, the frequency fCLKadd of the address clock signal CLKadd, and the frequency fCLKpwm of the PWM clock signal CLKpwm is expressed by the following equations (12) and (13).
fCLKadd = fSSD × 2 × M (12)
fCLKpwm = fCLKadd × N (13)
このように、第1実施例で示すPLL回路307(図12)の代わりに、デジタル回路で構成されたPLL回路307bを用いることできる。
Thus, instead of the PLL circuit 307 (FIG. 12) shown in the first embodiment, a
E.変形例:
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
E. Variation:
The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.
E1.変形例1:
本発明は、各種の装置に適用可能である。例えば、本発明は、ファンモータ、時計(針駆動)、ドラム式洗濯機(単一回転)、ジェットコースタ、振動モータなどの種々の装置のモータに適用可能である。本発明をファンモータに適用した場合には、上述した種々の効果(低消費電力、低振動、低騒音、低回転ムラ、低発熱、高寿命)が特に顕著である。このようなファンモータは、例えば、デジタル表示装置や、車載機器、燃料電池式パソコン、燃料電池式デジタルカメラ、燃料電池式ビデオカメラ、燃料電池式携帯電話などの燃料電池使用機器、プロジェクタ等の各種装置のファンモータとして使用することができる。本発明のモータは、さらに、各種の家電機器や電子機器のモータとしても利用可能である。例えば、光記憶装置や、磁気記憶装置、ポリゴンミラー駆動装置等において、本発明によるモータをスピンドルモータとして使用することが可能である。また、本発明によるモータは、移動体やロボット用のモータとしても利用可能である。
E1. Modification 1:
The present invention is applicable to various devices. For example, the present invention can be applied to motors of various devices such as a fan motor, a clock (hand drive), a drum-type washing machine (single rotation), a roller coaster, and a vibration motor. When the present invention is applied to a fan motor, the various effects described above (low power consumption, low vibration, low noise, low rotation unevenness, low heat generation, long life) are particularly remarkable. Such fan motors are, for example, various devices such as digital display devices, in-vehicle devices, fuel cell computers, fuel cell digital cameras, fuel cell video cameras, fuel cell mobile phones, and other fuel cell equipment. It can be used as a fan motor for the device. The motor of the present invention can also be used as a motor for various home appliances and electronic devices. For example, the motor according to the present invention can be used as a spindle motor in an optical storage device, a magnetic storage device, a polygon mirror drive device, or the like. The motor according to the present invention can also be used as a motor for a moving body or a robot.
図38は、本発明の実施例によるモータを利用したプロジェクタを示す説明図である。このプロジェクタ3100は、赤、緑、青の3色の色光を発光する3つの光源3110R、3110G、3110Bと、これらの3色の色光をそれぞれ変調する3つの液晶ライトバルブ3140R、3140G、3140Bと、変調された3色の色光を合成するクロスダイクロイックプリズム3150と、合成された3色の色光をスクリーンSCに投写する投写レンズ系3160と、プロジェクタ内部を冷却するための冷却ファン3170と、プロジェクタ3100の全体を制御する制御部3180と、を備えている。冷却ファン3170を駆動するモータとしては、上述した各種のブラシレスモータを利用することができる。
FIG. 38 is an explanatory diagram showing a projector using a motor according to an embodiment of the present invention. The
図39(A)〜(C)は、本発明の実施例によるモータを利用した燃料電池式携帯電話を示す説明図である。図39(A)は携帯電話3200の外観を示しており、図39(B)は、内部構成の例を示している。携帯電話3200は、携帯電話3200の動作を制御するMPU3210と、ファン3220と、燃料電池3230とを備えている。燃料電池3230は、MPU3210やファン3220に電源を供給する。ファン3220は、燃料電池3230への空気供給のために携帯電話3200の外から内部へ送風するため、或いは、燃料電池3230で生成される水分を携帯電話3200の内部から外に排出するためのものである。なお、ファン3220を図39(C)のようにMPU3210の上に配置して、MPU3210を冷却するようにしてもよい。ファン3220を駆動するモータとしては、上述した各種のブラシレスモータを利用することができる。
39A to 39C are explanatory views showing a fuel cell type mobile phone using a motor according to an embodiment of the present invention. FIG. 39A shows the appearance of the
図40は、本発明の実施例によるモータ/発電機を利用した移動体の一例としての電動自転車(電動アシスト自転車)を示す説明図である。この自転車3300は、前輪にモータ3310が設けられており、サドルの下方のフレームに制御回路3320と充電池3330とが設けられている。モータ3310は、充電池3330からの電力を利用して前輪を駆動することによって、走行をアシストする。また、ブレーキ時にはモータ3310で回生された電力が充電池3330に充電される。制御回路3320は、モータの駆動と回生とを制御する回路である。このモータ3310としては、上述した各種のブラシレスモータを利用することが可能である。
FIG. 40 is an explanatory view showing an electric bicycle (electric assist bicycle) as an example of a moving body using a motor / generator according to an embodiment of the present invention. In this
図41は、本発明の実施例によるモータを利用したロボットの一例を示す説明図である。このロボット3400は、第1と第2のアーム3410,3420と、モータ3430とを有している。このモータ3430は、被駆動部材としての第2のアーム3420を水平回転させる際に使用される。このモータ3430としては、上述した各種のブラシレスモータを利用することが可能である。
FIG. 41 is an explanatory diagram showing an example of a robot using a motor according to the embodiment of the present invention. The
図42は、本発明の実施例によるモータを利用した鉄道車両を示す説明図である。この鉄道車両3500は、モータ3510と、車輪3520とを有している。このモータ3510は、車輪3520を駆動する。さらに、モータ3510は、鉄道車両3500の制動時には発電機として利用され、電力が回生される。このモータ3510としては、上述した各種のブラシレスモータを利用することができる。
FIG. 42 is an explanatory diagram showing a railway vehicle using a motor according to an embodiment of the present invention. The
E2.変形例2:
上記第1実施例では、逆起電力波形を模擬するように基礎パルス幅FWDを設定していたが、この代わりに、正弦波形や、ガウス分布状の波形を模擬するように、基礎パルス幅FWDを設定することも可能である。また、基礎パルス幅FWDを設定する際には、基礎パルス幅FWDの0を除く最小値が、基礎パルス幅FWDの最大値に対して50%以下の値となるように、基礎パルス幅FWDを設定することが好ましい。このように基礎パルス幅FWDを設定すれば、電動機を効率よく駆動することが可能となる。
E2. Modification 2:
In the first embodiment, the basic pulse width FWD is set so as to simulate the back electromotive force waveform. Instead, the basic pulse width FWD is set so as to simulate a sine waveform or a Gaussian waveform. Can also be set. Further, when setting the basic pulse width FWD, the basic pulse width FWD is set so that the minimum value except 0 of the basic pulse width FWD is not more than 50% of the maximum value of the basic pulse width FWD. It is preferable to set. If the basic pulse width FWD is set in this way, the electric motor can be driven efficiently.
E3.変形例3:
上記実施例における回路は、ハイレベルとローレベルとを反転させた回路で実現することも可能である。
E3. Modification 3:
The circuit in the above embodiment can also be realized by a circuit in which the high level and the low level are inverted.
E4.変形例4:
上記実施例では、2値のデジタル出力の磁気センサ40を用いていたが、この代わりに、アナログ出力のホールセンサを用いることも可能である。この場合、アナログ出力をコンパレータによって2値のデジタル出力に変換して利用することが好ましい。
E4. Modification 4:
In the above-described embodiment, the binary digital output
E5.変形例5:
上記実施例では、単相ブラシレスモータについて記載したが、この代わりに、2相または3相以上のブラシレスモータが上記駆動制御回路を搭載することとしてもよい。
E5. Modification 5:
In the above embodiment, a single-phase brushless motor has been described, but instead, a two-phase or three-phase or more brushless motor may be mounted with the drive control circuit.
E6.変形例6:
上記実施例では、回転式のモータについて記載したが、この代わりに、リニアモータが上記駆動制御回路を搭載することとしてもよい。
E6. Modification 6:
Although the rotary motor has been described in the above embodiment, a linear motor may be mounted with the drive control circuit instead.
F.第5実施例:
図43ないし図46は、モータに要求されるトルクと、トルク係数Ktx及び励磁区間比率WCとの関係を示すグラフである。ここで「励磁区間比率WC」とは、励磁区間EP(図28(B))と非励磁区間NEPとの比率をいう。例えば、図30に示すように、励磁区間信号Enbが全ての期間においてHレベルの場合には、励磁区間比率WC=100%となる。また、図31に示すように、励磁区間信号EnbのHレベル期間がアドレスクロック信号CLKaddの10クロック分の長さであり、Lレベル期間がアドレスクロック信号CLKaddの4クロック分の長さである場合には、励磁区間比率WC=71.4%となる。すなわち、励磁区間比率WCは、励磁区間信号生成部370におけるCPU220(図29)がスタート値ST及びエンド値EDを変更することによって、変更することができる。
F. Example 5:
43 to 46 are graphs showing the relationship between the torque required for the motor, the torque coefficient Ktx, and the excitation interval ratio WC. Here, the “excitation interval ratio WC” refers to the ratio between the excitation interval EP (FIG. 28B) and the non-excitation interval NEP. For example, as shown in FIG. 30, when the excitation interval signal Enb is at the H level in all the intervals, the excitation interval ratio WC = 100%. Further, as shown in FIG. 31, when the excitation level signal Enb has an H level period of 10 clocks of the address clock signal CLKadd and an L level period of 4 clocks of the address clock signal CLKadd. Is the excitation interval ratio WC = 71.4%. That is, the excitation interval ratio WC can be changed by the CPU 220 (FIG. 29) in the excitation interval
トルク係数乗算部349及び励磁区間信号生成部370は、それぞれトルク係数Ktx及び励磁区間比率WCを、要求トルクの増加に伴って大きな値に変化させる。図43に示すように、トルク係数乗算部349及び励磁区間信号生成部370は、トルク係数Ktx及び励磁区間比率WCを、曲線に沿って変化させることとしてもよく、また、図44ないし図46に示すように、直線に沿って変化させることとしてもよい。
The torque
図43では、トルク係数Ktxは、要求トルクが0の時は0に設定されており、要求トルクの増加に伴って増加するように設定されている。そして、トルク係数Ktxは、要求トルクが最大となる時に、最大値となるように設定されている。一方、励磁区間比率WCは、要求トルクが0の時は、0%よりも大きい値に設定されており、要求トルクの増加に伴って曲線に沿って100%に近づくように設定されている。 In FIG. 43, the torque coefficient Ktx is set to 0 when the required torque is 0, and is set to increase as the required torque increases. The torque coefficient Ktx is set to have a maximum value when the required torque becomes maximum. On the other hand, the excitation interval ratio WC is set to a value larger than 0% when the required torque is 0, and is set to approach 100% along the curve as the required torque increases.
図44では、トルク係数Ktxは、要求トルクが0の時は0に設定されており、要求トルクの増加に伴って増加するように設定されている。そして、トルク係数Ktxは、要求トルクが最大となる時に、最大値となるように設定されている。ただし、この図44では、トルク係数Ktxは、直線的に変化するように設定されている。一方、励磁区間比率WCは、要求トルクが0の時は、0%に設定されており、要求トルクが所定の値になるまでは、要求トルクの増加に伴って増加し、要求トルクが所定の値になってからは、100%に設定されている。 In FIG. 44, the torque coefficient Ktx is set to 0 when the required torque is 0, and is set to increase as the required torque increases. The torque coefficient Ktx is set to have a maximum value when the required torque becomes maximum. However, in FIG. 44, the torque coefficient Ktx is set to change linearly. On the other hand, the excitation interval ratio WC is set to 0% when the required torque is 0, and increases as the required torque increases until the required torque reaches a predetermined value. After reaching the value, it is set to 100%.
図45では、トルク係数Ktxは、要求トルクが0から所定の値までは、1.0に設定されており、要求トルクが所定の値を超えてからは、要求トルクの増加に伴って増加するように設定されている。そして、トルク係数Ktxは、要求トルクが最大となる時に、最大値となるように設定されている。なお、励磁区間比率WCは、図44と同様に設定されている。 In FIG. 45, the torque coefficient Ktx is set to 1.0 when the required torque is from 0 to a predetermined value, and increases as the required torque increases after the required torque exceeds the predetermined value. Is set to The torque coefficient Ktx is set to have a maximum value when the required torque becomes maximum. The excitation interval ratio WC is set in the same manner as in FIG.
図46では、トルク係数Ktxは、要求トルクが0から所定の値までは、0.7に設定されており、要求トルクが所定の値を超えてからは、要求トルクの増加に伴って増加するように設定されている。そして、トルク係数Ktxは、要求トルクが最大となる時に、最大値となるように設定されている。なお、励磁区間比率WCは、図44と同様に設定されている。 In FIG. 46, the torque coefficient Ktx is set to 0.7 when the required torque is 0 to a predetermined value, and increases as the required torque increases after the required torque exceeds the predetermined value. Is set to The torque coefficient Ktx is set to have a maximum value when the required torque becomes maximum. The excitation interval ratio WC is set in the same manner as in FIG.
以上で述べたように、トルク係数Ktxと励磁区間比率WCとを複合的に制御すれば、駆動信号の波形を任意に制御することができるので、モータが発生するトルクやモータの回転速度を精度よく制御することが可能となる。なお、トルク係数Ktxと励磁区間比率WCとのうちのいずれか一方のみを制御することとしてもよい。また、図43ないし図46における縦軸及び横軸として、対数スケールを用いることとしてもよい。さらに、トルク係数Ktxと励磁区間比率WCとを同時に制御するモータを、上記変形例に示した各種の装置に適用することも可能である。 As described above, if the torque coefficient Ktx and the excitation interval ratio WC are controlled in combination, the waveform of the drive signal can be arbitrarily controlled, so that the torque generated by the motor and the rotation speed of the motor can be accurately controlled. It becomes possible to control well. Note that only one of the torque coefficient Ktx and the excitation interval ratio WC may be controlled. A logarithmic scale may be used as the vertical axis and the horizontal axis in FIGS. 43 to 46. Furthermore, it is also possible to apply a motor that simultaneously controls the torque coefficient Ktx and the excitation interval ratio WC to the various devices shown in the modified examples.
10...ステータ部
11〜14...電磁コイル
20...磁気ヨーク
30...ロータ部
31〜34...永久磁石
36...磁気ヨーク
40...磁気センサ
100...モータ本体
102...ケーシング
112...回転軸
114...軸受け部
120...回路基板
200...駆動制御回路
220...CPU
240...駆動信号生成部
240b...駆動信号生成部
250...ドライバ回路
250a...第1のブリッジ回路
250b...第2のブリッジ回路
251...トランジスタ
252...トランジスタ
300...制御信号生成部
302...基準クロック信号生成部
304...速度信号生成部
306...エッジ検出部
307...PLL回路
307b...PLL回路
308...位相比較器
310...ループフィルタ
311...レベルシフタ
312...電圧制御発振器
314...第1分周器
316...第2分周器
318...分周値記憶部
320...正逆方向指令値記憶部
330...アドレス形成部
331...カウンタ部
332...最大カウント値記憶部
333...開始アドレス値記憶部
334...アドレス値算出部
335...極性信号生成部
337...ディーフリップフロップ
338...反転信号生成部
339...許可信号生成部
340...パルス幅設定部
340b...パルス幅設定部
340c...パルス幅設定部
342...テーブル選択部
344...第1のテーブル部
346...第2のテーブル部
348...第3のテーブル部
349...トルク係数乗算部
350...PWM信号生成部
350b...PWM信号生成部
352...ダウンカウンタ部
354...回転方向制御部
356...EXOR回路
360...励磁区間制限部
370...励磁区間信号生成部
371...スタート値設定部
372...エンド値設定部
373...ウインドウコンパレータ
382...正規化部
384...演算部
384c...演算部
386...演算係数設定部
386c...演算係数設定部
400...バス
402...カウンタ部
404...記憶部
406...演算部
408...記憶部
410...カウンタ部
412...記憶部
414...分周器
3100...プロジェクタ
3110R...光源
3140R...液晶ライトバルブ
3150...クロスダイクロイックプリズム
3160...投写レンズ系
3170...冷却ファン
3180...制御部
3200...携帯電話
3220...ファン
3230...燃料電池
3300...自転車
3310...モータ
3320...制御回路
3330...充電池
3400...ロボット
3410...第1のアーム
3420...第2のアーム
3430...モータ
3500...鉄道車両
3510...モータ
3520...車輪
DESCRIPTION OF
240 ... Drive signal generator 240b ... Drive
Claims (14)
前記電動機の第1と第2の駆動部材の相対的位置を示す周期的な位置信号の各半周期を所定の数の区間に分割し、前記所定の数で循環するアドレス値を、前記分割された区間ごとにそれぞれ設定するアドレス値設定部と、
前記アドレス値に基づいて、PWM制御をするためのパルス幅を前記分割された区間ごとにそれぞれ設定するパルス幅設定部と、
前記パルス幅に基づいて、前記分割された区間ごとにPWM制御を行なうことにより、PWM信号を生成するPWM信号生成部と、
を備え、
前記パルス幅設定部は、
前記分割された区間ごとに基礎パルス幅をそれぞれ設定する基礎パルス幅設定部と、
前記基礎パルス幅に係数を掛け合わせて前記パルス幅を算出する乗算部と、
を備える、装置。 An apparatus for driving an electric motor,
Each half cycle of the periodic position signal indicating the relative position of the first and second drive members of the electric motor is divided into a predetermined number of sections, and the address value circulating in the predetermined number is divided. Address value setting section to be set for each section,
A pulse width setting unit for setting a pulse width for performing PWM control for each of the divided sections based on the address value;
A PWM signal generation unit that generates a PWM signal by performing PWM control for each of the divided sections based on the pulse width;
With
The pulse width setting unit includes:
A basic pulse width setting unit for setting a basic pulse width for each of the divided sections;
A multiplier for multiplying the basic pulse width by a coefficient to calculate the pulse width;
An apparatus comprising:
前記乗算部は、前記電動機の始動後における前記係数を、前記電動機の始動時における前記係数よりも小さな値となるように設定する、装置。 The apparatus of claim 1, comprising:
The multiplication unit sets the coefficient after starting the electric motor to be a value smaller than the coefficient when starting the electric motor.
前記乗算部は、前記電動機に要求されるトルクに応じて、前記係数を設定する、装置。 The apparatus of claim 1, comprising:
The multiplication unit sets the coefficient according to a torque required for the electric motor.
前記乗算部は、前記基礎パルス幅に前記係数を掛け合わせた値が所定の最大値よりも大きくなった場合には、前記パルス幅を前記所定の最大値に設定する、装置。 The apparatus of claim 3, wherein
The multiplication unit sets the pulse width to the predetermined maximum value when a value obtained by multiplying the basic pulse width by the coefficient becomes larger than a predetermined maximum value.
前記基礎パルス幅設定部は、前記電動機のコイルに発生する逆起電力波形を模擬するように、前記基礎パルス幅を設定する、装置。 An apparatus according to any one of claims 1 to 4,
The basic pulse width setting unit sets the basic pulse width so as to simulate a back electromotive force waveform generated in a coil of the electric motor.
前記基礎パルス幅設定部は、正弦波形を模擬するように、前記基礎パルス幅を設定する、装置。 An apparatus according to any one of claims 1 to 4,
The basic pulse width setting unit sets the basic pulse width so as to simulate a sine waveform.
前記アドレス値設定部は、前記アドレス値が循環を開始する時間的位置が、前記位置信号の周期の境界の時間的位置に対して異なる位置となるように、前記アドレス値を設定する、回路。 An apparatus according to any one of claims 1 to 6,
The circuit, wherein the address value setting unit sets the address value so that a temporal position where the address value starts to circulate is different from a temporal position of a boundary of the period of the position signal.
前記PWM信号を前記電動機の駆動信号として有効とする励磁区間と、前記PWM信号を前記駆動信号として有効としない非励磁区間とを定める励磁区間設定部を備え、
前記装置は、前記係数と、前記励磁区間と前記非励磁区間との割合と、のうちの少なくとも一方を変化させることによって、前記電動機を制御する、装置。 The apparatus according to any one of claims 1 to 7, further comprising:
An excitation interval setting unit that determines an excitation interval in which the PWM signal is effective as a drive signal for the electric motor and a non-excitation interval in which the PWM signal is not effective as the drive signal;
The apparatus controls the electric motor by changing at least one of the coefficient and the ratio of the excitation interval and the non-excitation interval.
前記電動機搭載装置は、電子機器である、電動機搭載装置。 The electric motor mounting device according to claim 10,
The electric motor mounting device is an electric motor mounting device, which is an electronic device.
前記電動機搭載装置は、プロジェクタである、電動機搭載装置。 The electric motor mounting device according to claim 10,
The electric motor mounting apparatus is an electric motor mounting apparatus that is a projector.
前記電動機搭載装置は、移動体である、電動機搭載装置。 The electric motor mounting device according to claim 10,
The electric motor mounting apparatus is an electric motor mounting apparatus that is a moving body.
前記電動機搭載装置は、ロボットである、電動機搭載装置。 The electric motor mounting device according to claim 10,
The motor mounting device is a motor mounting device, which is a robot.
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