JP5804984B2 - Motor drive device - Google Patents
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Description
本発明は、モータを駆動するモータ駆動装置に関する。 The present invention relates to a motor driving device that drives a motor.
現在、モータは、産業機器、車載機器、家電製品及び情報機器等のあらゆる製品に搭載されている。モータ、より詳細にはモータが有するロータは、モータ駆動装置による電圧の印加によって回転し、ロータに接続されている回転対象物を回転させる。 Currently, motors are mounted on all products such as industrial equipment, in-vehicle equipment, home appliances and information equipment. A motor, more specifically, a rotor included in the motor, is rotated by application of voltage by a motor driving device, and rotates a rotating object connected to the rotor.
また、モータは発電作用を有している。このため、モータ駆動装置とモータとが電気的に接続された状態で回転対象物が外力によって回転し、モータが回転対象物の回転に連動して回転した場合、誘起電圧を発生し、発生した誘起電圧がモータ駆動装置を構成する部品に印加する。 Further, the motor has a power generating action. Therefore, when the motor drive device and the motor are electrically connected, the rotating object is rotated by an external force, and when the motor rotates in conjunction with the rotation of the rotating object, an induced voltage is generated and generated. The induced voltage is applied to the components constituting the motor drive device.
外力による回転対象物の回転に連動してモータが回転している状態で、モータ駆動装置がモータに電圧を印加することにより、モータを回転させた場合、非常に大きい誘起電圧が発生し、モータ駆動装置内の部品が破損する虞がある。 When the motor is rotated by applying a voltage to the motor while the motor is rotating in conjunction with the rotation of the rotating object due to the external force, a very large induced voltage is generated. There is a risk of damage to parts in the drive.
このような部品の破損を防止するためには、モータ駆動装置がモータを駆動する前に、モータの回転を制動してモータの回転速度を抑制しておく必要がある。 In order to prevent such breakage of parts, it is necessary to suppress the rotation speed of the motor by braking the rotation of the motor before the motor driving device drives the motor.
特許文献1に、モータ駆動装置がモータを駆動する前にモータの回転を制動するモータ駆動装置が開示されている。このモータ駆動装置は、モータを駆動する前に、外力によって回転しているモータの回転速度が所定速度以上である場合に、モータの回転によって発生する誘起電圧を放電することによって、モータが回転に使用するエネルギーを消費し、モータの回転を制動している。 Patent Document 1 discloses a motor driving device that brakes rotation of a motor before the motor driving device drives the motor. This motor driving device discharges an induced voltage generated by the rotation of the motor when the rotation speed of the motor rotating by an external force is equal to or higher than a predetermined speed before driving the motor. It consumes energy to use and brakes the rotation of the motor.
また、特許文献2及び3夫々にモータの回転を制動するモータ駆動装置が開示されている。
特許文献2に記載されているモータ駆動装置は、モータの回転速度が第1の所定速度以上ではモータの端子間を短絡する。これにより、モータの回転によって発生した誘起電圧はモータのステータに装着されている巻線抵抗に印加され、モータの回転エネルギーが消費され、モータの回転が制動される。
The motor driving device described in
更に、特許文献2に記載されているモータ駆動装置は、モータの回転速度が第1の所定速度未満である場合に、モータの回転方向と逆方向にモータを回転させるようにモータの端子間に電圧を印加し、モータの回転を制動する。また、特許文献2に記載されているモータ駆動装置は、モータの回転速度が第1の所定速度よりも遅い第2の所定速度以下である場合にモータの回転を自然に減速させる。
Furthermore, the motor drive device described in
特許文献3に記載されているモータ駆動装置は、モータが有する複数のコイルに直流電流を流すことによって、該複数のコイルに磁気吸引力を発生させ、発生した磁気吸引力によってモータの回転を制動する。 The motor drive device described in Patent Document 3 generates a magnetic attractive force in a plurality of coils by passing a direct current through the plurality of coils of the motor, and brakes the rotation of the motor by the generated magnetic attractive force. To do.
しかしながら、特許文献1に記載されているモータ駆動装置は、モータの回転を制動する場合に発生するトルクを調整することができないため、適切なトルクでモータの回転を制動することができない。このため、モータの回転が急激に制動される虞がある。例えば、モータのロータにギアが接続されている場合、モータの回転の急激な制動によってギアの歯当たりが大きくなってギアが損傷し、ギアの寿命が短くなる。 However, since the motor drive device described in Patent Document 1 cannot adjust the torque generated when braking the rotation of the motor, it cannot brake the rotation of the motor with an appropriate torque. For this reason, there exists a possibility that rotation of a motor may be braked rapidly. For example, when a gear is connected to the rotor of the motor, the gear tooth contact is increased by the rapid braking of the rotation of the motor, the gear is damaged, and the life of the gear is shortened.
特許文献2に記載されているモータ駆動装置には、モータの回転速度が第1の所定速度以上である場合、モータの端子間の短絡によってモータの回転を制動するため、モータの回転の制動によって発生するトルクを調整することができず、適切なトルクでモータの回転を制動することができないという問題がある。更に、特許文献2に記載されているモータ駆動装置では、モータの回転速度が高速である場合にモータの端子間の短絡による制動を行い、該制動によって発生するトルクは小さいため、モータの回転を素早く減速させることができないという問題もある。
In the motor driving device described in
また、特許文献2に記載されているモータ駆動装置には、モータの回転速度が第2の所定速度以下である場合、モータの回転を自然に減速させるので、この期間に再度、回転対象物に外力が加わるとモータの回転が再加速する。このため、特許文献2に記載されているモータ駆動装置には、モータの回転が減速又は停止した状態を保持できないという問題がある。
Further, in the motor driving device described in
また、特許文献3に記載された方法でモータの回転を制動する場合、モータ駆動装置はモータが有する複数のコイルに直流電流を流し続けなければならず、電力が無駄に消費されるという問題がある。 In addition, when braking the rotation of the motor by the method described in Patent Document 3, the motor drive device must continue to pass a direct current through a plurality of coils included in the motor, and there is a problem that power is wasted. is there.
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、外力によるモータの回転を適切なトルクで制動して素早く減速させることができ、モータの回転が減速又は停止した状態を保持することができる低消費電力のモータ駆動装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to quickly decelerate the motor rotation by an external force by braking with an appropriate torque, and the rotation of the motor is decelerated or stopped. An object of the present invention is to provide a low power consumption motor driving device capable of maintaining a state.
本発明に係るモータ駆動装置は、モータの端子間に電圧を印加することによって、前記モータを駆動するモータ駆動装置において、前記モータの回転指示を受け付ける受付手段と、前記モータの回転速度を検出する検出部とを備え、前記受付手段が回転指示を受け付けていない場合であって、前記検出部が検出した回転速度が第1速度未満であるときに、前記端子間を短絡し、前記検出部が検出した回転速度が前記第1速度以上であるときに、前記モータの回転を妨げる方向にトルクが発生するように前記端子間に電圧を印加するように構成してあり、前記第1速度は、前記端子間の短絡によって前記モータに発生するトルクが最大となる回転速度であり、前記回転速度が前記第1速度である場合に前記回転を妨げる方向に発生するトルクは、前記回転速度が前記第1速度である場合に前記端子間の短絡によって発生するトルクと略一致していることを特徴とする。 A motor driving device according to the present invention detects a rotation speed of the motor and a receiving means for receiving a rotation instruction of the motor in a motor driving device that drives the motor by applying a voltage between terminals of the motor. And when the rotation speed detected by the detection unit is less than a first speed, the terminals are short-circuited, and the detection unit when the detected rotation speed is the first speed or more, constructed tear Ri to apply a voltage between the terminals so that the torque is generated in the direction to prevent the rotation of said motor, said first speed The torque generated in the motor due to the short circuit between the terminals is the maximum rotational speed, and the torque generated in the direction that prevents the rotation when the rotational speed is the first speed is The rotational speed is characterized that you have substantially coincides with the torque generated by the short circuit between said terminals when the first is speed.
本発明にあっては、受付手段がモータの回転指示を受け付けていない場合であって、検出部が検出したモータの回転速度が第1速度以上であるときに、モータの回転を妨げる方向に、且つ前記モータの回転速度の上昇に応じて増大する方向にトルクが発生するようにモータの端子間に電圧を印加し、モータの回転を制動する。そして、受付手段がモータの回転指示を受け付けていない場合であって、検出部が検出したモータの回転速度が第1速度未満になったときに、モータの端子間を短絡してモータの回転を制動する。
モータの回転を妨げる方向にトルクが発生するようにモータの端子間に電圧を印加する場合、モータの端子間に印加する電圧を調整することによって、モータの回転を妨げる方向のトルクを調整することが可能である。更に、モータの回転速度が第1速度未満になり十分に小さくなった場合にモータの端子間の短絡によりモータの回転を制動する。
このため、適切なトルクでモータの回転を制動することが可能となり、素早くモータの回転が減速する。また、モータの端子間を短絡している間、モータに電圧を印加する必要はなく、モータの回転の制動によって消費する電力は低い。更に、受付手段が回転指示を受け付けていない間、常にモータの回転が制動されているので、一旦減速したモータの回転が外力によって再加速することはない。このため、モータの回転が減速又は停止した状態が保持される。
In the present invention, when the receiving means does not receive a motor rotation instruction and the rotation speed of the motor detected by the detection unit is equal to or higher than the first speed, the motor is prevented from rotating . A voltage is applied between the motor terminals to brake the rotation of the motor so that torque is generated in a direction that increases as the rotational speed of the motor increases . And when the receiving means has not received a motor rotation instruction, and when the rotation speed of the motor detected by the detector is less than the first speed, the motor terminals are short-circuited to rotate the motor. Braking.
When applying a voltage between the motor terminals so that torque is generated in a direction that prevents the motor from rotating, adjusting the voltage applied between the motor terminals to adjust the torque in the direction that prevents the motor from rotating Is possible. Furthermore, when the rotational speed of the motor becomes less than the first speed and becomes sufficiently small, the rotation of the motor is braked by a short circuit between the terminals of the motor.
For this reason, it becomes possible to brake the rotation of the motor with an appropriate torque, and the rotation of the motor is quickly decelerated. Further, while the motor terminals are short-circuited, it is not necessary to apply a voltage to the motor, and the power consumed by braking the rotation of the motor is low. Furthermore, since the rotation of the motor is always braked while the receiving unit does not receive the rotation instruction, the rotation of the motor once decelerated is not accelerated again by an external force. For this reason, the state where the rotation of the motor is decelerated or stopped is maintained.
本発明にあっては、モータの回転を妨げる方向に発生するトルクによる制動からモータの端子間の短絡による制動に切り替える第1速度は、該短絡によるモータに発生するトルクが最大となる回転速度である。このため、モータの端子間の短絡による制動がより効果的になる。In the present invention, the first speed at which the braking caused by the torque generated in the direction that hinders the rotation of the motor is switched to the braking caused by the short circuit between the terminals of the motor is the rotational speed at which the torque generated in the motor due to the short circuit is maximized. is there. For this reason, the braking by the short circuit between the terminals of the motor becomes more effective.
本発明にあっては、モータの回転速度が第1速度である場合において、モータの回転を妨げる方向に発生するトルクと、モータの端子間の短絡によって発生するトルクとは略一致している。このため、モータの回転を妨げる方向に発生するトルクによる制動からモータの端子間の短絡による制動への切り替えがスムーズである。従って、制動が切り替わった場合にトルクが急激に変動してモータの回転対象物に大きな衝撃を与えることはなく、回転対象物が破損する虞がない。In the present invention, when the rotation speed of the motor is the first speed, the torque generated in the direction that prevents the rotation of the motor and the torque generated by a short circuit between the terminals of the motor are substantially the same. For this reason, it is possible to smoothly switch from braking by torque generated in a direction that hinders rotation of the motor to braking by short circuit between the terminals of the motor. Therefore, when the braking is switched, the torque does not fluctuate rapidly and does not give a large impact to the rotating object of the motor, and there is no possibility that the rotating object is damaged.
本発明に係るモータ駆動装置は、前記受付手段が回転指示を受け付けた場合であって、前記検出部が検出した回転速度が第2速度以上であるときに、前記回転を妨げる方向にトルクが発生するように前記端子間に電圧を印加し、前記検出部が検出した回転速度が第2速度未満であるときに、前記モータの回転を開始するように構成してあることを特徴とする。 In the motor driving device according to the present invention, when the receiving unit receives a rotation instruction, and the rotation speed detected by the detection unit is equal to or higher than a second speed, torque is generated in a direction that prevents the rotation. Thus, a voltage is applied between the terminals, and the rotation of the motor is started when the rotation speed detected by the detection unit is less than a second speed.
本発明にあっては、受付手段が回転指示を受け付けた場合であっても、検出部が検出した回転速度が第2速度以上であるときには、モータの回転を開始させずに、モータの回転を妨げる方向にトルクを発生するように端子間に電圧を印加してモータの回転を制動する。受付手段が回転指示を受け付けた場合であって、検出部が第2速度未満の回転速度を検出したとき、モータの回転を開始する。 In the present invention, even when the receiving means receives the rotation instruction, if the rotation speed detected by the detection unit is equal to or higher than the second speed, the rotation of the motor is started without starting the rotation of the motor. The motor is braked by applying a voltage between the terminals so as to generate torque in the direction to prevent it. When the receiving unit receives a rotation instruction and the detection unit detects a rotation speed less than the second speed, rotation of the motor is started.
これにより、モータは回転速度が第2速度未満であって十分に遅い場合に回転を開始するため、モータが回転を開始した場合に発生する誘起電圧は確実に低くなる。このため、モータに接続している部品の破損が確実に防止される。 Accordingly, since the motor starts rotating when the rotational speed is less than the second speed and is sufficiently slow, the induced voltage generated when the motor starts rotating is surely reduced. For this reason, damage to the components connected to the motor is reliably prevented.
本発明によれば、外力によるモータの回転を適切なトルクで制動して素早く減速させることができ、モータの回転が減速又は停止した状態を保持することができる低消費電力のモータ駆動装置を実現することができる。 According to the present invention, a motor drive device with low power consumption can be realized in which the rotation of the motor by an external force can be braked with an appropriate torque and quickly decelerated, and the rotation of the motor can be decelerated or stopped. can do.
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
図1は、本発明に係るモータ駆動装置の要部構成を示す回路図である。このモータ駆動装置1は、交流電圧を出力する交流電源2と、モータ3と、モータ3の回転指示を出力するためのスイッチ4の一方の端子とに接続されている。スイッチ4の他方の端子は図示しない回路に接続されている。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings illustrating embodiments thereof.
FIG. 1 is a circuit diagram showing a main configuration of a motor drive device according to the present invention. The motor drive device 1 is connected to an
モータ3は、3相のブラシレスDCモータであり、モータ3が有する図示しないステータにコイルLu,Lv,Lwが各別に巻装されている。コイルLuの一方の端子は、コイルLv,Lw夫々の一方の端子に接続されており、コイルLu,Lv,Lw夫々の他方の端子はモータ駆動装置1に各別に接続されている。 The motor 3 is a three-phase brushless DC motor, and coils Lu, Lv, and Lw are wound individually on a stator (not shown) of the motor 3. One terminal of the coil Lu is connected to one terminal of each of the coils Lv and Lw, and the other terminal of each of the coils Lu, Lv and Lw is connected to the motor driving device 1 separately.
モータ3の端子間、即ち、コイルLu,Lv,Lw夫々の他方の端子間に、交流電圧に対応するパルス電圧がモータ駆動装置1によって印加された場合、モータ3、より詳細にはモータ3が有する図示しないロータが回転する。モータ3の回転により、モータ3のロータに接続された回転対象物、例えばギアが回転する。 When a pulse voltage corresponding to an AC voltage is applied between the terminals of the motor 3, that is, between the other terminals of the coils Lu, Lv, and Lw by the motor driving device 1, the motor 3, more specifically, the motor 3 is A rotor (not shown) having the rotation rotates. Due to the rotation of the motor 3, a rotating object connected to the rotor of the motor 3, for example, a gear rotates.
モータ3は、ステータ、ロータ及びコイルLu,Lv,Lwの他に、永久磁石で構成されるロータから発生する磁界の大きさを検出し、ロータの磁極が切り替わった場合に出力電圧が大きく変化するホールセンサHu,Hv,Hwを有する。 The motor 3 detects the magnitude of a magnetic field generated from a rotor composed of permanent magnets in addition to the stator, rotor and coils Lu, Lv, Lw, and the output voltage changes greatly when the magnetic poles of the rotor are switched. It has hall sensors Hu, Hv, Hw.
スイッチ4は、モータ駆動装置1がモータ3の回転指示及び停止指示を受け付けるためのスイッチであり、使用者によってオン/オフされる。例えば、スイッチ4に接続されている回路が抵抗を有し、抵抗の一方の端子がスイッチ4の他方の端子に接続されて抵抗の他方の端子に一定の電圧が印加されている状態で、使用者がスイッチ4をオンにした場合、モータ駆動装置1に所定電圧以上の電圧が印加され、モータ駆動装置1は回転指示を受け付ける。また、前記状態で使用者がスイッチ4をオフにした場合、スイッチ4を介してモータ駆動装置1に印加される電圧が所定電圧以下となり、モータ駆動装置1は停止指示を受け付ける。 The switch 4 is a switch for the motor driving device 1 to receive a rotation instruction and a stop instruction for the motor 3 and is turned on / off by a user. For example, when the circuit connected to the switch 4 has a resistor, one terminal of the resistor is connected to the other terminal of the switch 4 and a certain voltage is applied to the other terminal of the resistor When the person turns on the switch 4, a voltage equal to or higher than a predetermined voltage is applied to the motor driving device 1, and the motor driving device 1 receives a rotation instruction. In addition, when the user turns off the switch 4 in the above state, the voltage applied to the motor drive device 1 via the switch 4 becomes a predetermined voltage or less, and the motor drive device 1 accepts a stop instruction.
モータ駆動装置1は、整流回路11、コンデンサ12、インバータ回路13、速度検出部14、記憶部15及び制御部16を備える。整流回路11は、交流電源2及びコンデンサ12夫々の両端に各別に接続されており、コンデンサ12の両端は、更に、インバータ回路13に各別に接続されている。
The motor drive device 1 includes a
交流電源2が出力した交流電圧は、整流回路11によって直流電圧に整流され、整流された直流電圧はコンデンサ12によって平滑化されてインバータ回路13に印加される。
The AC voltage output from the
インバータ回路13は、FET(Field Effect Transistor)30,31,・・・,35を有する。FET30,32,34夫々のドレインはコンデンサ12の一方の端子に、FET31,33,35夫々のソースはコンデンサ12の他方の端子に接続されている。
The
FET30のソースは、FET31のドレイン、及び、モータ3のコイルLuの他方の端子に、FET32のソースは、FET33のドレイン、及び、モータ3のコイルLvの他方の端子に、FET34のソースは、FET35のドレイン、及び、モータ3のコイルLwの他方の端子に接続している。
The source of the
FET30,31,・・・,35夫々のゲートは、制御部16に各別に接続されている。FET30,31,・・・,35夫々は、Nチャネル型のFETであり、半導体スイッチとして機能する。FET30,31,・・・,35夫々について、制御部16によってゲートに所定電圧以上の電圧が印加された場合、ドレインからソースに電流が流れることが可能となってオンとなり、制御部16によってゲートに印加されている電圧が所定電圧未満に調整された場合、ドレインからソースに電流が流れずにオフになる。
The gates of the
インバータ回路13は、制御部16がFET30,31,・・・,35を各別にオン/オフすることによって、整流回路11及びコンデンサ12夫々によって整流及び平滑化が行われた直流電圧を、交流電圧に対応するパルス電圧に変換する。インバータ回路13は、変換したパルス電圧をモータ3の端子間に印加することによって、モータ3を回転させる。インバータ回路13は、モータ3の端子間に印加すべき交流電圧の絶対値に応じてパルス電圧のパルス幅を調整することによって、実質的な交流電圧をモータ3の端子間に印加する。
The
速度検出部14は、モータ3が有するホールセンサHu,Hv,Hwに各別に接続しており、ホールセンサHu,Hv,Hw夫々の出力電圧からモータ3、より詳細にはロータの回転速度を検出する。速度検出部14は、ロータの磁極が切り替わった場合に生じるホールセンサHu,Hv,Hw夫々の出力電圧の大きな変化を検知し、出力電圧の大きな変化を検知した時間間隔からモータ3の回転速度を検出している。
The
更に、速度検出部14は、ホールセンサHu,Hv,Hw夫々の出力電圧と、検出したモータ3の回転速度とからロータの回転位置、即ち、モータ3の回転によって発生する誘起電圧の位相を算出する。具体的には、速度検出部14は、ホールセンサHu,Hv,Hw夫々の出力電圧の大きな変化から、ロータのS極及びN極の切り替わり位置を検出する。速度検出部14は、切り替わり位置を検出した時点からの経過時間と、検出した回転速度との積に基づいて、ロータが切り替わり位置から回転した角度を演算する。速度検出部14は、検出した切り替わり位置と、演算したロータの回転角度とからロータの回転位置、即ち誘起電圧の位相を算出する。速度検出部14は、検出したモータ3の回転速度、及び、算出した誘起電圧の位相を制御部16に通知する。
なお、速度検出部14は特許請求の範囲における検出部に該当する。
Further, the
The
記憶部15には、モータ駆動装置1がモータ3の回転指示を受け付けた場合に回転させるモータ3の目標回転速度を記憶してある。
The
制御部16は、スイッチ4の一方の端子に接続されており、使用者から開始指示及び停止指示を受け付ける。モータ駆動装置1の図示しない電源スイッチがオンになってモータ駆動装置1が起動してから開始指示を受け付けるまでの準備期間に、制御部16は、速度検出部14が検出したモータ3の回転速度を読み込むことによって、外力による回転対象物の回転に連動して回転しているモータ3の回転速度を認識する。
The
制御部16は、準備期間中に、回転速度N1以上のモータ3の回転速度を読み込んだ場合、速度検出部14が算出した誘起電圧の位相に対して遅れた位相でモータ3の端子間に電圧を印加することによって、モータ3の回転を妨げる方向にトルクを発生させて、モータ3の回転の制動を行う。このモータ3の回転の制動を以下では遅れ位相制動と記載する。制御部16は、インバータ回路13のFET30,31,・・・,35を各別にオン/オフすることによって、モータ3の端子間に印加する電圧を調整し、遅れ位相制動を行う。
When the
制御部16は、準備期間中に、回転速度N1未満のモータ3の回転速度を読み込んだ場合、FET31,33,35夫々をオンにすることによってモータ3の端子間を短絡する。これにより、モータ3の回転によって発生した誘起電圧はコイルLu,Lv,Lw夫々の巻線抵抗に印加され、モータ3の回転エネルギーが消費され、モータ3の回転が制動される。以下、モータ3の端子間の短絡による制動を短絡制動と記載する。
When the
図2は短絡制動及び遅れ位相制動によって生じるトルクの特性を示すグラフである。図2Aは短絡制動によるトルク特性を、図2Bは遅れ位相制動によるトルク特性を示している。図2Cには、短絡制動及び遅れ位相制動夫々のトルク特性が併記されている。図2A、図2B及び図2C夫々には、モータ3の回転速度に対するトルクが示されており、モータ3の回転を妨げる方向に発生するトルクは負のトルクで示されている。V1,V2,V3は、遅れ位相制動を行うためにインバータ13がモータ3の端子間に印加する交流電圧の振幅値であり、振幅値はV1,V2,V3の順に大きい。
FIG. 2 is a graph showing characteristics of torque generated by short circuit braking and delayed phase braking. FIG. 2A shows torque characteristics by short-circuit braking, and FIG. 2B shows torque characteristics by delayed phase braking. FIG. 2C shows the torque characteristics of the short-circuit braking and the delayed phase braking. 2A, 2B, and 2C each show the torque with respect to the rotation speed of the motor 3, and the torque generated in the direction that prevents the rotation of the motor 3 is shown as a negative torque. V1, V2, and V3 are amplitude values of the AC voltage that is applied between the terminals of the motor 3 by the
短絡制動によって発生するトルクは、図2Aに示すように、モータ3の回転速度がゼロから所定速度になるまで回転速度の上昇と共に増加し、回転速度が所定速度を超えた場合、回転速度の上昇と共に減少する。遅れ位相制動から短絡制動に切り替えられる回転速度N1は、短絡制動によって生じるトルクが最大値T1となる前記所定速度に設定されている。回転速度N1は特許請求の範囲における第1速度に該当する。 As shown in FIG. 2A, the torque generated by the short-circuit braking increases with the increase in the rotation speed until the rotation speed of the motor 3 changes from zero to a predetermined speed. When the rotation speed exceeds the predetermined speed, the rotation speed increases. Decreases with. The rotational speed N1 that is switched from the delayed phase braking to the short-circuit braking is set to the predetermined speed at which the torque generated by the short-circuit braking becomes the maximum value T1. The rotation speed N1 corresponds to the first speed in the claims.
遅れ位相制動によって発生するトルクは、図2Bに示すように、モータ3の端子間に印加する交流電圧の振幅値が同じ場合、モータ3の回転速度の上昇と共に増加する。また、遅れ位相制動によって発生するトルクは、同一の回転速度においては、モータ3の端子間に印加する交流電圧の振幅値がV1,V2,V3と大きくなるにつれて増加する。 As shown in FIG. 2B, the torque generated by the delayed phase braking increases as the rotational speed of the motor 3 increases when the amplitude value of the AC voltage applied between the terminals of the motor 3 is the same. Further, the torque generated by the delayed phase braking increases as the amplitude value of the AC voltage applied between the terminals of the motor 3 becomes V1, V2, and V3 at the same rotational speed.
制御部16は、準備期間中、短絡制動と遅れ位相制動とを併用することによって、外力によるモータ3の回転を制動する。この制動方法を、図2Cを用いて説明する。制御部16は、準備期間中に、速度検出部14が検出した回転速度がN1以上であった場合、モータ3の回転を妨げる方向にトルクが発生するような交流電圧に対応するパルス電圧をインバータ13からモータ3の端子間に印加させる。これにより、制御部16は遅れ位相制動を行い、モータ3の回転を減速させる。ここで、制御部16は、遅れ位相制動を行う場合に、モータ3の端子間に印加する交流電圧の振幅値を、速度検出部14が検出した回転速度に応じて調整することによってモータ3の回転に妨げる方向に発生するトルクを調整する。
The
制御部16は、モータ3の回転が減速して速度検出部14が検出した回転速度がN1になった場合に、遅れ位相制動から短絡制動に切り替える。このとき、制御部16は、遅れ位相制動を行っている間、速度検出部14が検出した回転速度がN1である場合に、振幅値がV2である交流電圧をインバータ13からモータ3の端子間に印加させるように構成されてある。ここで、振幅値V2は、図2Cに示すように、回転速度がN1である場合にトルクが略T1となる振幅値である。
The
遅れ位相制動から短絡制動に切り替わるモータ3の回転速度が短絡制動によってモータ3に発生するトルクが最大となる回転速度N1であるため、短絡制動がより効果的に行われる。 Since the rotational speed of the motor 3 that switches from the delayed phase braking to the short-circuit braking is the rotational speed N1 at which the torque generated in the motor 3 by the short-circuit braking is maximized, the short-circuit braking is performed more effectively.
更に、遅れ位相制動から短絡制動に切り替わるモータ3の回転速度N1において、遅れ位相制動、及び、短絡制動夫々によって生じるトルクが略一致しているため、遅れ位相制動から短絡制動への切り替えがスムーズである。このため、遅れ位相制動から短絡制動に切り替わった場合にモータ3に発生するトルクが急激に変動してモータ3の回転対象物に大きな衝撃が加わることはなく、回転対象物の破損が防止される。 Furthermore, at the rotational speed N1 of the motor 3 that switches from delayed phase braking to short circuit braking, the torque generated by each of the delayed phase braking and short circuit braking is substantially the same, so switching from delayed phase braking to short circuit braking is smooth. is there. For this reason, when the delayed phase braking is switched to the short-circuit braking, the torque generated in the motor 3 does not fluctuate rapidly and a large impact is not applied to the rotating object of the motor 3, and the rotating object is prevented from being damaged. .
制御部16は、準備期間中、速度検出部14が検出した回転速度がN1未満になった場合、短絡制動によりモータ3の回転を減速させ、モータ3の回転速度がゼロになっても、モータ3の回転指示を受け付けるまで、短絡制動を継続して行う。
When the rotational speed detected by the
このため、準備期間中、モータ3の回転は常に制動されているため、一旦減速又は停止したモータ3の回転が外力によって再加速することはなく、モータ3の回転が減速又は停止した状態が保持される。更には、制御部16が短絡制動を行っている間、モータ3の端子間に電圧を印加する必要はなく、モータ3の回転の制動によって消費する電力は低い。
For this reason, since the rotation of the motor 3 is always braked during the preparation period, the rotation of the motor 3 once decelerated or stopped is not accelerated again by an external force, and the state where the rotation of the motor 3 is decelerated or stopped is maintained. Is done. Furthermore, it is not necessary to apply a voltage between the terminals of the motor 3 while the
制御部16は、スイッチ4からモータ3の回転指示を受け付けた場合、速度検出部14が検出したモータ3の回転速度を読み込むことによって、外力による回転対象物の回転に連動して回転しているモータ3の回転速度を認識する。制御部16は、読み込んだモータ3の回転速度が、モータ3の端子間への電圧の印加によってモータ3が回転を開始した場合に過大な誘起電圧が発生しない回転速度N2未満であるか否かを判定する。
回転速度N2は特許請求の範囲における第2速度に該当する。
When receiving the rotation instruction of the motor 3 from the switch 4, the
The rotational speed N2 corresponds to the second speed in the claims.
制御部16は、判定の結果、読み込んだモータ3の回転速度がN2以上であると判定した場合、速度検出部14が算出した誘起電圧の位相に対して遅れた位相でモータ3の端子間に電圧を印加することによって遅れ位相制動を行う。制御部16は、遅れ位相制動を行った後、再び速度検出部14が検出した回転速度を読み込み、読み込んだ回転速度がN2未満であるか否かを判定する。制御部16は、速度検出部14が検出した回転速度がN2未満となるまで遅れ位相制動を行い続ける。
When it is determined that the rotation speed of the read motor 3 is equal to or higher than N2, as a result of the determination, the
制御部16は、速度検出部14から読み込んだ回転速度が回転速度N2未満であると判定した場合、FET30,31,・・・,35を各別にオン/オフすることによって、交流電圧に対応するパルス電圧をモータ3の端子間に印加し、モータ3の回転を開始する。
When the
従って、モータ3は回転速度がN2未満であって十分に遅い場合に回転を開始するため、モータ3が回転を開始した場合に発生する誘起電圧を確実に低くすることができ、モータ3に接続している部品の破損を確実に防止することができる。 Therefore, since the motor 3 starts to rotate when the rotational speed is less than N2 and is sufficiently slow, the induced voltage generated when the motor 3 starts to rotate can be reliably lowered and connected to the motor 3. It is possible to reliably prevent damage to the parts.
モータ3の回転が開始した後、制御部16は、記憶部15に記憶してある目標回転速度でモータ3を回転させる。そして、制御部16は、スイッチ4からモータ3の停止指示を受け付けた場合、速度検出部14が算出した位相に対して遅れた位相でモータ3の端子間に電圧が印加されるように、FET30,31,・・・,35を各別にオン/オフすることによって、遅れ位相制動を行う。これにより、制御部16はモータ3の回転を停止させる。
なお制御部16は特許請求の範囲における受付手段に該当する。
After the rotation of the motor 3 starts, the
The
図3及び図4は制御部16が実行する動作の手順を示すフローチャートである。制御部16は、図示しない電源スイッチによってモータ駆動装置1が起動した状態から動作を開始する。
3 and 4 are flowcharts showing the procedure of operations executed by the
まず、制御部16は、スイッチ4からモータ3の回転指示を受け付けたか否かを判定する(ステップS1)。制御部16は、モータ3の回転指示を受け付けていないと判定した場合(ステップS1:NO)、速度検出部14が検出した回転速度を読み込む(ステップS2)。これにより、制御部16は、外力によって回転しているモータ3の回転速度を認識する。
First, the
次に、制御部16は、ステップS1で読み込んだ回転速度がN1未満であるか否かを判定する(ステップS3)。制御部16は、回転速度がN1以上であると判定した場合(ステップS3:NO)、遅れ位相制動を行う(ステップS4)。制御部16は、回転速度がN1未満であると判定した場合(ステップS3:YES)、短絡制動を行う(ステップS5)。制御部16は、モータ3の回転指示を受け付けるまで、短絡制動又は遅れ位相制動を継続して行う。
Next, the
制御部16は、モータ3の回転指示を受け付けたと判定した場合(ステップS1:YES)、速度検出部14が検出した回転速度を読み込む(ステップS6)。これにより、制御部16は、モータ3の回転を開始する前に、外力による回転対象物に連動して回転しているモータ3の回転速度を認識する。
When it determines with the
次に、制御部16は、ステップS6で読み込んだ回転速度がN2未満であるか否かを判定する(ステップS7)。制御部16は、回転速度がN2以上であると判定した場合(ステップS7:NO)、遅れ位相制動を行い(ステップS8)、処理をステップS6に戻す。制御部16は、速度検出部14が検出したモータ3の回転速度がN2未満となるまで遅れ位相制動を継続して行う。
Next, the
制御部16は、回転速度がN2未満であると判定した場合(ステップS7:YES)、FET30,31,・・・,35を各別にオン/オフしてインバータ13からモータ3の端子間に、交流電圧に対応するパルス電圧を印加することによって、モータ3の回転を開始する(ステップS9)。
ここで、制御部16は、記憶部15に記憶してある回転速度でモータ3を回転させる。
When the
Here, the
また、短絡制動及び/又は遅れ位相制動によって、モータ3の回転が停止した状態、又は、モータ3の回転速度が十分に遅くなった状態でモータ3の回転が開始されるため、モータ3の回転によって発生する誘起電圧は低く、誘起電圧の印加によってモータ駆動装置1内の部品が破損することはない。 Further, since the rotation of the motor 3 is started in a state where the rotation of the motor 3 is stopped by the short-circuit braking and / or the delayed phase braking or the rotation speed of the motor 3 is sufficiently slow, the rotation of the motor 3 is started. The induced voltage generated by is low, and the application of the induced voltage does not damage the components in the motor drive device 1.
制御部16は、ステップS9を実行した後、スイッチ4から停止指示を受け付けたか否かを判定する(ステップS10)。制御部16は、停止指示を受け付けていないと判定した場合(ステップS10:NO)、ステップS10の判定を繰り返し、停止指示を受け付けるまでモータ3を回転させ続ける。
After executing Step S9, the
制御部16は、停止指示を受け付けたと判定した場合(ステップS10:YES)、通電位相が遅れた交流電圧に対応するパルス電圧をインバータ13からモータ3の端子間に印加させてモータ3の回転を制動することによって、モータ3の回転を停止する(ステップS11)。制御部16は、ステップS11を実行した後、動作を終了し、改めてステップS1から動作を実行する。
When it is determined that the stop instruction has been received (step S10: YES), the
本実施の形態にあっては、制御部16は、インバータ13に遅れ位相制動を行わせる場合に、インバータ13からモータ3の端子に印加するパルス電圧を調整することによって、モータ3の回転を妨げる方向に作用するトルクを調整することができる。更に、モータ3の回転速度がN1未満になり十分に小さくなった場合にモータ3の端子間の短絡によりモータ3の回転を制動する。従って、モータ駆動装置1は外力によるモータ3の回転を適切なトルクで制動して素早く減速させることができる。
In the present embodiment, the
なお、制御部16は、スイッチ4から回転指示を受け付けた場合に、モータ3の回転速度の読み込み、回転速度がN2未満であるか否かの判定、及び、遅れ位相制動を行わずに、モータ3の回転を開始してもよい。このとき、図3及び図4に示す制御部16が実行する動作の手順では、制御部16は、ステップS1で回転指示を受け付けたと判定した場合、ステップS9を実行する。
The
通常、モータ駆動装置1が起動してから制御部16がモータ3の回転指示を受け付ける間に、制御部9が行う短絡制動及び/又は遅れ位相制動により十分にモータ3の回転速度が遅くなっている。このため、制御部16は、スイッチ4からモータ3の回転指示を受け付けた場合にモータ3の回転を開始しても、モータ3の回転の開始に伴って発生する誘起電圧は十分に小さく、モータ3に接続している部品の破損が防止される。
Normally, the rotation speed of the motor 3 is sufficiently slowed by the short-circuit braking and / or the delayed phase braking performed by the
また、モータ3は、3相のブラシレスDCモータに限定されず、2相又は4相以上のブラシレスDCモータであってもよく、更には、ブラシレスDCモータに限定されない。 The motor 3 is not limited to a three-phase brushless DC motor, and may be a two-phase or four-phase or more brushless DC motor, and is not limited to a brushless DC motor.
また、回転速度N1は、短絡制動によってモータ3に発生するトルクが最大となる回転速度に限定されない。この場合であっても、モータ駆動装置1は、適切なトルクによるモータ3の回転の制動、及び、素早いモータ3の回転の減速を低消費電力で行うことができ、減速したモータ3の回転は外力によって再加速することはなく、モータ3の回転が減速又は停止した状態が保持される。 Further, the rotational speed N1 is not limited to the rotational speed at which the torque generated in the motor 3 by the short circuit braking is maximized. Even in this case, the motor driving device 1 can perform the braking of the rotation of the motor 3 with an appropriate torque and the rapid deceleration of the rotation of the motor 3 with low power consumption. Re-acceleration is not performed by an external force, and the state where the rotation of the motor 3 is decelerated or stopped is maintained.
また、FET30,31,・・・,35夫々は、Nチャネル型のFETに限定されず、Pチャネル型のFETであってもよい。更には、FET30,31,・・・,35夫々は、半導体スイッチであればよいので、バイポーラトランジスタであってもよい。
Further, each of the
開示された実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上述の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。 The disclosed embodiments are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 モータ駆動装置
14 速度検出部
16 制御部
3 モータ
Lu,Lv,Lw コイル
N1,N2 回転速度
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (2)
前記モータの回転指示を受け付ける受付手段と、
前記モータの回転速度を検出する検出部と
を備え、
前記受付手段が回転指示を受け付けていない場合であって、前記検出部が検出した回転速度が第1速度未満であるときに、前記端子間を短絡し、前記検出部が検出した回転速度が前記第1速度以上であるときに、前記モータの回転を妨げる方向にトルクが発生するように前記端子間に電圧を印加するように構成してあり、
前記第1速度は、前記端子間の短絡によって前記モータに発生するトルクが最大となる回転速度であり、
前記回転速度が前記第1速度である場合に前記回転を妨げる方向に発生するトルクは、前記回転速度が前記第1速度である場合に前記端子間の短絡によって発生するトルクと略一致している
ことを特徴とするモータ駆動装置。 In a motor driving device that drives the motor by applying a voltage between terminals of the motor,
Receiving means for receiving a rotation instruction of the motor;
A detection unit for detecting the rotational speed of the motor,
When the receiving means has not received a rotation instruction and the rotation speed detected by the detection unit is less than a first speed, the terminals are short-circuited, and the rotation speed detected by the detection unit is when it is first speed or more, Ri configured tear to apply a voltage between the terminals so that the torque is generated in the direction to prevent the rotation of said motor,
The first speed is a rotational speed at which a torque generated in the motor due to a short circuit between the terminals is maximized,
Torque generated in the direction that prevents the rotation when the rotational speed is the first speed, it is substantially coincides with the torque generated by the short circuit between the terminals when the rotational speed is the first speed The motor drive device characterized by the above-mentioned.
ことを特徴とする請求項1に記載のモータ駆動装置。 When the receiving means receives a rotation instruction and the rotation speed detected by the detection unit is equal to or higher than a second speed, a voltage is applied across the terminals so that torque is generated in a direction that prevents the rotation. The motor driving device according to claim 1, wherein the motor driving device is configured to start rotation when the rotation speed applied and detected by the detection unit is less than a second speed.
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