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技術 モータの制御装置

出願人 パナソニックIPマネジメント株式会社
発明者 濱田裕二坪内俊樹細川智也
出願日 2013年7月30日 (7年5ヶ月経過) 出願番号 2013-157370
公開日 2015年2月12日 (5年10ヶ月経過) 公開番号 2015-029367
状態 特許登録済
技術分野 無整流子電動機の制御
主要キーワード モード決定信号 動作モード選択信号 正逆運転 ノイズ印加 読込回数 パルス指令 車載機器用 読み出し準備
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2015年2月12日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (8)

課題

設定した動作モードをリセット解除まで保持するシステムでは、モータの回転方向設定など動作モードを変更して使用する用途では、回転方向を変更するために電源遮断しなければならない。また、動作モードを保持しないシステムでは、ノイズなどの影響で意図しない回転方向に切替ることが考察された。

解決手段

セレクト信号読込手段1、過半数極性判別手段2、読込タイミング生成手段3、動作モード保持手段4、動作開始信号生成手段5、制御回路6にて構成される。モータ制御装置リセット信号解除により初期状態から起動する。その後、セレクト信号読込手段1は、読込タイミング生成手段3により生成されたT11タイミングに、1回目デジタルのセレクト信号を読込む。このタイミングT11は、リセット解除から一定時間Tb経過後かつ、駆動指令動作指令になったタイミングである。

概要

背景

近年、各電気機器において、地球環境保護の観点から消費電力を低減するために、ブラシレスDCモータのような効率の高い電動機を用いた機器が広く使用されている。このモータを駆動するためのモータ制御装置は、使用する各電気機器によって上位装置とのI/Fが異なり、また駆動するモータによって最適な駆動モードも異なることがある。

このため、モータを駆動するモータ制御装置は、様々な仕様のモータを駆動することができるように複数の機能を内蔵し、最適な機能を選択してモータを駆動することが特許文献1、2などに示されている。図5は、従来技術の動作モードを決定するフローチャートである。以下、従来技術について説明する。

まず、装置の起動に伴い内部メモリリセットして初期化を実行する(ステップS1)。初期化が終了したら、入力機器よりセレクト信号読込まれたかを判断する。このとき読込まれていなければセレクト信号を待つ(ステップS3)。

セレクト信号が読込まれたら、そのセレクト信号は先に読込まれて登録されているかを判定する(ステップS5)。

セレクト信号は装置の起動時には登録されていないため、読込んだセレクト信号をセレクト信号nとして内部メモリに記憶し(ステップS7)、ステップS3に戻る。ステップS3において再度セレクト信号の読込みを判定し、ステップS5にて先にセレクト信号が登録されていることが判定されたならば、セレクト信号の読込回数Cに1を加算する(ステップS9)。

読込まれたセレクト信号n+1と先に登録されたセレクト信号nとを比較し、双方の信号が一致しているか判定を行い(ステップS11)、一致しなければステップS1の初期化に戻り新たにセレクト信号の読み込みとなる。双方の信号が一致していれば、セレクト信号n+1をセレクト信号nに置き換えてセレクト信号nを更新登録する(ステップS13、S7)。更新登録後、セレクト信号の一致回数Cが5に至ったかを判定する(ステップS15)。

セレクト信号の一致回数Cが5に至らない場合は、ステップS3に戻り、再びセレクト信号の読込みと一致判定処理を行う。更新登録した先のセレクト信号nと読込んだセレクト信号n+1の一致回数Cが5回に至ったならば(ステップS15)、確定したセレクト信号を動作モード選択信号に変換し、この動作モード選択信号に対応した制御プログラムを 読み出す(ステップS17)。

また、動作モードが確定したならば、動作モードが確定するまでの制御プログラムの実行をソフトウエア的にリセットしているリセット信号解除する信号(リセット解除信号)をプログラム実行部に出力し(ステップS19)、システムが起動する。

リセット解除信号の出力後、新たな信号を読込む前に、システムの電源がOFFであるかを判定し(ステップS21)、OFFであればステップS1の初期化へ戻り、次のセレクト信号の読み出し準備に入る。しかし、OFFでなくシステムが動作中であれば、ステップS17に戻り、既に確定した動作モード選択信号に基づく動作モード選択信号を維持する構成となっている。

また、特許文献2では、モータを駆動する場合は、入力される回転方向指令により回転方向を選択してモータを駆動することが記載されている。

概要

設定した動作モードをリセット解除まで保持するシステムでは、モータの回転方向設定など動作モードを変更して使用する用途では、回転方向を変更するために電源を遮断しなければならない。また、動作モードを保持しないシステムでは、ノイズなどの影響で意しない回転方向に切替ることが考察された。セレクト信号読込手段1、過半数極性判別手段2、読込タイミング生成手段3、動作モード保持手段4、動作開始信号生成手段5、制御回路6にて構成される。モータ制御装置はリセット信号解除により初期状態から起動する。その後、セレクト信号読込手段1は、読込タイミング生成手段3により生成されたT11タイミングに、1回目デジタルのセレクト信号を読込む。このタイミングT11は、リセット解除から一定時間Tb経過後かつ、駆動指令動作指令になったタイミングである。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

モータを制御する制御回路と、前記制御回路の動作モードを選択するデジタル信号読込むためのタイミングを生成する読込タイミング生成手段と、前記タイミング生成手段で生成したタイミングに前記デジタル信号を読込むセレクト信号読込手段と、前記セレクト信号読込手段で読込んだ信号から動作モードを保持する動作モード保持手段とを備え、前記読込タイミング生成手段は、システム駆動指令動作指令となるタイミングから、読込タイミングを生成することを特徴とするモータの制御装置

請求項2

読込みタイミング生成手段は規定回数のタイミングを生成し、前記タイミングで読込んだセレクト信号の極性過半数判別する手段を備え、動作モード保持手段は、前記過半数の極性により動作モードを決定して保持することを特徴とする請求項1記載のモータの制御装置。

請求項3

モータを制御する制御回路と、前記制御回路の動作モードを選択するアナログ信号を読込むためのタイミングを生成する読込タイミング生成手段と、前記タイミング生成手段で生成したタイミングに前記アナログ信号を読込むセレクト信号読込手段と、前記セレクト信号読込手段で読込んだ信号から動作モードを保持する動作モード保持手段とを備え、前記読込タイミング生成手段は、システムの駆動指令が動作指令となるタイミングから、読込タイミングを生成することを特徴とするモータの制御装置。

請求項4

読込みタイミング生成手段は規定回数のタイミングを生成し、前記タイミングで読込んだ信号の平均値演算する手段を備え、動作モード保持手段は、前記セレクト信号の平均値により動作モードを決定して保持することを特徴とする請求項3に記載のモータ制御装置

請求項5

制御回路は、動作モードが決定した後に動作を開始することを特徴とする請求項2又は請求項4のいずれかに記載のモータの制御装置。

請求項6

読込タイミング生成手段は、システムのリセット解除から一定時間経過し、かつ、動作開始状態であるタイミングから、設定した間隔で規定回数の読込タイミングを生成することを特徴とする請求項5に記載のモータ制御装置。

技術分野

0001

本発明は、ブラシレスDCモータを駆動するために、複数の動作モードを内蔵し、外部からの選択信号に応じて動作モードを選択するモータ制御装置に関する。

背景技術

0002

近年、各電気機器において、地球環境保護の観点から消費電力を低減するために、ブラシレスDCモータのような効率の高い電動機を用いた機器が広く使用されている。このモータを駆動するためのモータ制御装置は、使用する各電気機器によって上位装置とのI/Fが異なり、また駆動するモータによって最適な駆動モードも異なることがある。

0003

このため、モータを駆動するモータ制御装置は、様々な仕様のモータを駆動することができるように複数の機能を内蔵し、最適な機能を選択してモータを駆動することが特許文献1、2などに示されている。図5は、従来技術の動作モードを決定するフローチャートである。以下、従来技術について説明する。

0004

まず、装置の起動に伴い内部メモリリセットして初期化を実行する(ステップS1)。初期化が終了したら、入力機器よりセレクト信号読込まれたかを判断する。このとき読込まれていなければセレクト信号を待つ(ステップS3)。

0005

セレクト信号が読込まれたら、そのセレクト信号は先に読込まれて登録されているかを判定する(ステップS5)。

0006

セレクト信号は装置の起動時には登録されていないため、読込んだセレクト信号をセレクト信号nとして内部メモリに記憶し(ステップS7)、ステップS3に戻る。ステップS3において再度セレクト信号の読込みを判定し、ステップS5にて先にセレクト信号が登録されていることが判定されたならば、セレクト信号の読込回数Cに1を加算する(ステップS9)。

0007

読込まれたセレクト信号n+1と先に登録されたセレクト信号nとを比較し、双方の信号が一致しているか判定を行い(ステップS11)、一致しなければステップS1の初期化に戻り新たにセレクト信号の読み込みとなる。双方の信号が一致していれば、セレクト信号n+1をセレクト信号nに置き換えてセレクト信号nを更新登録する(ステップS13、S7)。更新登録後、セレクト信号の一致回数Cが5に至ったかを判定する(ステップS15)。

0008

セレクト信号の一致回数Cが5に至らない場合は、ステップS3に戻り、再びセレクト信号の読込みと一致判定処理を行う。更新登録した先のセレクト信号nと読込んだセレクト信号n+1の一致回数Cが5回に至ったならば(ステップS15)、確定したセレクト信号を動作モード選択信号に変換し、この動作モード選択信号に対応した制御プログラムを 読み出す(ステップS17)。

0009

また、動作モードが確定したならば、動作モードが確定するまでの制御プログラムの実行をソフトウエア的にリセットしているリセット信号解除する信号(リセット解除信号)をプログラム実行部に出力し(ステップS19)、システムが起動する。

0010

リセット解除信号の出力後、新たな信号を読込む前に、システムの電源がOFFであるかを判定し(ステップS21)、OFFであればステップS1の初期化へ戻り、次のセレクト信号の読み出し準備に入る。しかし、OFFでなくシステムが動作中であれば、ステップS17に戻り、既に確定した動作モード選択信号に基づく動作モード選択信号を維持する構成となっている。

0011

また、特許文献2では、モータを駆動する場合は、入力される回転方向指令により回転方向を選択してモータを駆動することが記載されている。

先行技術

0012

特開2002−123304号公報
特開2011−91970号公報

発明が解決しようとする課題

0013

しかし、特許文献1等の従来技術のように、設定した動作モードをリセット解除まで保持するシステムでは、モータの回転方向設定など動作モードを変更して使用する用途では、回転方向を変更するために電源を遮断しなければならない。また、動作モードを保持しないシステムでは、ノイズなどの影響で意図しない回転方向に切替ることが考察された。

課題を解決するための手段

0014

第1の発明は、モータを制御する制御回路と、前記制御回路の動作モードを選択するデジタル信号を読込むためのタイミングを生成する読込タイミング生成手段と、前記タイミング生成手段で生成したタイミングに前記デジタル信号を読込むセレクト信号読込手段と、前記セレクト信号読込手段で読込んだ信号から動作モードを保持する動作モード保持手段とを備え、前記読込タイミング生成手段は、システムの駆動指令動作指令となるタイミングから、読込タイミングを生成することを特徴とするモータの制御装置である。

0015

第2の発明は、第1の発明において、読込みタイミング生成手段は規定回数のタイミングを生成し、前記タイミングで読込んだセレクト信号の極性過半数判別する手段を備え、動作モード保持手段は、前記過半数の極性により動作モードを決定して保持することを特徴とするモータの制御装置である。

0016

第3の発明は、モータを制御する制御回路と、前記制御回路の動作モードを選択するアナログ信号を読込むためのタイミングを生成する読込タイミング生成手段と、前記タイミング生成手段で生成したタイミングに前記アナログ信号を読込むセレクト信号読込手段と、前記セレクト信号読込手段で読込んだ信号から動作モードを保持する動作モード保持手段とを備え、前記読込タイミング生成手段は、システムの駆動指令が動作指令となるタイミングから、読込タイミングを生成することを特徴とするモータの制御装置である。

0017

第4の発明は、第3の発明において、読込みタイミング生成手段は規定回数のタイミングを生成し、前記タイミングで読込んだ信号の平均値演算する手段を備え、動作モード保持手段は、前記セレクト信号の平均値により動作モードを決定して保持することを特徴とするモータの制御装置である。

0018

第5の発明は、第2の発明又は第4の発明において、制御回路は、動作モードが決定した後に動作を開始することを特徴とするモータの制御装置である。

0019

第6の発明は、第5の発明において、読込タイミング生成手段は、システムのリセット解除から一定時間経過し、かつ、動作開始状態であるタイミングから、設定した間隔で規定回数の読込タイミングを生成することを特徴とするモータの制御装置。

発明の効果

0020

本発明によれば、動作モードを選択する信号を規定回数読込み、過半数の極性により動作モードを決定して保持するため、ノイズ印加される状況においても正しく動作モードを選択することができ、動作中においても意図しない動作モードに切替ることを防止することができる。

0021

更に、駆動指令が動作指令となるタイミングごとに動作モードを選択する信号を規定回数読込み、動作モードを決定するため、電源を遮断することなく、動作モードを切替えることが可能となる。

図面の簡単な説明

0022

本発明の実施例1の回路構成を示す図
実施例1のタイミングチャートを示す図
アナログ信号の駆動指令を示す図
パルス信号の駆動指令を示す図
従来の動作モード決定のフローチャートを示す図
実施例2のモータ制御装置の回路構成を示す図
実施例2のタイミングチャートを示す図

0023

以下、本発明について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施例によって本発明が限定されるものではない。

0024

図1は本発明の実施例1における構成図であり、セレクト信号読込手段1、過半数極性判別手段2、読込タイミング生成手段3、動作モード保持手段4、動作開始信号生成手段5、制御回路6にて構成される。

0025

以下に図1及び図2を用いて実施例1の動作を説明する。モータ制御装置はリセット信号解除により初期状態から起動する。その後、セレクト信号読込手段1は、読込タイミング生成手段3により生成されたT11タイミングに、1回目デジタルのセレクト信号を読込む。

0026

このタイミングT11は、リセット解除から一定時間Tb経過後かつ、駆動指令が動作指令になったタイミングである。このようにリセット解除からTbまで読込みを待機するのは、モータ制御装置の内部の電源など様々な回路安定動作するまで待ってから安定したセレクト信号を読込むためである。モータ制御装置の機能によって安定動作となるタイミングが異なるが、Tbはモータ制御装置が安定動作するできるだけ早いタイミングが良い。セレクト信号読込手段1は、読込タイミング生成手段3で生成されるT1nまでのタイミングに規定回数n個のセレクト信号を読込む。

0027

ここで、選択したい動作モードは複数あることがあり、このためセレクト信号読込手段1は、選択したい動作モード数に応じてパラレル複数個内蔵されるか、またはシリアル信号として複数のセレクト信号が入力されても良い。

0028

次に過半数極性判別手段2によって、セレクト信号読込手段1でn回読込まれたデジタルのセレクト信号のうち、過半数となる極性の判別を行い、その極性を動作モード保持手段4に伝える。動作モード保持手段4では、入力された信号に応じた動作モード選択信号を保持し、保持した動作モード選択信号を制御回路6に出力すると同時に、動作モード決定信号を動作開始信号生成手段5に出力する。

0029

制御回路6では動作モード保持手段4から入力された動作モード選択信号に応じた機能を実現する回路が選択され、動作開始待ち状態となる。

0030

動作開始信号生成手段5は、動作モード保持手段4から入力された動作モード決定信号から一定時間Taが経過した後に動作開始信号を制御回路6に出力し、制御回路6はモータの駆動を開始する。

0031

ここで一定時間Taを待つのは、制御回路6の機能が完全に切替るのを待つ時間である。また、図示していないが動作開始信号は、読込タイミング生成手段3から最後の読込タイミングであるT1nのタイミングを用いて生成しても良い。

0032

次に、動作モードを切替えたい場合は、駆動指令を停止指令の状態とし、動作開始信号が動作禁止となっている状態で、セレクト信号を設定したい動作モードに対応する極性に切替え、再度駆動指令を動作指令の状態にする。今度はリセット解除からすでにTbが経過しているため、読込タイミング生成手段3は、駆動指令が動作指令になったT21のタイミングに1回目の読込タイミング信号を出力し、セレクト信号読込手段1は1回目のセレクト信号を読込む。

0033

その後、セレクト信号読込手段1は、読込タイミング生成手段3で生成されるT2nまでのタイミングに規定回数n個のセレクト信号を読込む。以降は、先ほどと同様に動作モードを決定し、動作を開始する。

0034

図1では駆動指令をステップ状の信号としているが、図3のように駆動指令がアナログ信号で入力され、設定されたしきい値で動作指令、停止指令を判断する仕様であっても良く、図4のように駆動指令がパルス信号で入力され、設定された周波数のしきい値で動作指令、停止指令を判断する仕様であっても良い。

0035

このようにすることで、リセット解除から一定時間経過後にセレクト信号を読込むことから、電源立上げ時の不安定な領域を避けた安定した信号を読込むことがでる。また、規定回数を読込んだ過半数の極性から選択された動作モードで制御回路の動作が開始するため、ノイズなどの影響によりセレクト信号が変動する場合においても、確実に選択したい動作モードでモータを制御することが可能となる。

0036

更に、動作モードは駆動指令が動作指令となるタイミングに更新してリセット状態まで保持することから、動作中のノイズなどにより意図しない動作モードに切替ることを防止することができ、電源を遮断する必要がなく、動作モードを再設定することが可能となる。これは回転方向指令を切替えてモータを正逆運転する用途などに特に有効である。

0037

図6は本発明の実施例2における構成図であり、セレクト信号読込手段61、平均値演算手段62、読込タイミング生成手段63、動作モード保持手段64、動作開始信号生成手段65、制御回路66にて構成される。

0038

以下に図6、7を用いて実施例2の動作を説明する。モータ制御装置はリセット信号解除により初期状態から起動する。その後、セレクト信号読込手段61は、読込タイミング生成手段63により生成されたT11タイミングに、1回目のアナログのセレクト信号を読込む。このタイミングT11は、リセット解除から一定時間Tb経過後かつ、駆動指令が動作指令になったタイミングである。

0039

このようにリセット解除からTbまで読込みを待機するのは、モータ制御装置の内部の電源など様々な回路が安定動作するまで待ってから安定したセレクト信号を読込むためである。モータ制御装置の機能によって安定動作となるタイミングが異なるが、Tbはモータ制御装置が安定動作するできるだけ早いタイミングが良い。

0040

ここでセレクト信号読込手段61はアナログ信号をデジタル信号に変換するADコンバータを含んだ構成であり、アナログ値デジタル値に変換して後段の平均値演算手段62にデジタルデータを出力する。

0041

セレクト信号読込手段61は、読込タイミング生成手段63で生成されるT1nまでのタイミングに規定回数n個のセレクト信号を読込む。ここで、選択したい動作モードは複数あることがあり、このためセレクト信号読込手段61は、選択したい動作モード数に応じて複数のアナログ値を読込める構成であっても良い。

0042

次に平均値演算手段62よって、セレクト信号読込手段61でデジタル値に変換されたn個のデータの平均値の演算を行い、その平均値を動作モード保持手段64に伝える。動作モード保持手段64では、入力された信号に応じた動作モード選択信号を保持し、保持した動作モード選択信号を制御回路66に出力すると同時に、動作モード決定信号を動作開始信号生成手段65に出力する。

0043

制御回路66では動作モード保持手段4から入力された動作モード選択信号に応じた機能を実現する回路が選択され、動作開始待ち状態となる。

0044

動作開始信号生成手段65は、動作モード保持手段64から入力された動作モード決定信号から一定時間Taが経過した後に動作開始信号を制御回路66に出力し、制御回路66はモータの駆動を開始する。

0045

ここで一定時間Taを待つのは、制御回路66の機能が完全に切替るのを待つ時間である。また、図示していないが動作開始信号は、読込タイミング生成手段63から最後の読込タイミングであるT1nのタイミングを用いて生成しても良い。

0046

次に、動作モードを切替えたい場合は、駆動指令を停止指令の状態とし、動作開始信号が動作禁止となっている状態で、セレクト信号を設定したい動作モードに対応するアナログ値に切替え、再度駆動指令を動作指令の状態にする。今度はリセット解除からすでにTbが経過しているため、読込タイミング生成手段63は、駆動指令が動作指令になったT21のタイミングに1回目の読込タイミング信号を出力し、セレクト信号読込手段1は1回目のセレクト信号を読込む。

0047

その後、セレクト信号読込手段61は、読込タイミング生成手段63で生成されるT2nまでのタイミングに規定回数n個のセレクト信号を読込む。以降は、先ほどと同様に動作モードを決定し、動作を開始する。

0048

図7では駆動指令をステップ状の信号としているが、図3のように駆動指令がアナログ信号で入力され、設定されたしきい値で動作指令、停止指令を判断する仕様であっても良く、図4のように駆動指令がパルス指令で入力され、設定された周波数のしきい値で動作指令、停止指令を判断する仕様であっても良い。

0049

また、実施例1と実施例2を組み合わせて、デジタルのセレクト信号と、アナログのセレクト信号から動作モードを決定するシステムであっても良い。

0050

このようにすることで、リセット解除から一定時間経過後にセレクト信号を読込むことから、電源立上げ時の不安定な領域を避けた安定した信号を読込むことがでる。

0051

また、規定回数を読込んだ平均値から選択された動作モードで制御回路の動作が開始するため、ノイズなどの影響によりセレクト信号が変動する場合においても、確実に選択したい動作モードでモータを制御することが可能となる。

実施例

0052

更に、動作モードは駆動指令が動作指令となるタイミングに更新してリセット状態まで保持することから、動作中のノイズなどにより意図しない動作モードに切替ることを防止することができ、電源を遮断する必要がなく、動作モードを再設定することが可能となる。これはモータの速度指令や回転方向などの設定値を切替えてモータを駆動する用途などに特に有効である。

0053

以上のように、本発明のモータ制御装置は、ノイズなど条件の悪い環境下においても、セレクト信号を正しく読込み、設定したい動作モードで確実に動作を開始することが可能であり、設定した動作モードはリセット状態となるまで保持するため、ノイズ印加により意図しない動作モードに切替ることを防止することができる。

0054

更に、電源を遮断することなく、駆動指令が動作指令となるタイミングに動作モードを再設定することが可能であるため、家電機器産業機器車載機器用など様々な機器に搭載されるモータの駆動装置に好適である。

0055

1セレクト信号読込手段
2過半数極性判別手段
3 読込タイミング生成手段
4 動作モード保持手段
5動作開始信号生成手段
6制御回路
61 セレクト信号読込手段
62平均値演算手段
63 読込タイミング生成手段
64 動作モード保持手段
65 動作開始信号生成手段
66 制御回路

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