电机驱动控制装置和电机驱动控制方法与流程

本发明涉及电机驱动控制装置和电机驱动控制方法。

背景技术：

以往，公开了一种电机驱动控制装置，在判断为风扇装置等所使用的电机处于锁定状态时，让使用该电机的最终产品停止动作。具体而言，在电机驱动控制装置中，检测电机是否处于锁定状态，即，是否处于被完全约束而停止旋转的状态。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013-21866号公报

技术实现要素：

但是，在以往的电机驱动控制装置中，在作用于风扇等的旋转体上的负荷是不至于导致电机停止旋转的负荷，从而使电机成为不稳定的旋转状态(下称不完全约束状态)时，不能判断为电机处于异常状态。

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，提供一种能够可靠地检测出电机处于不完全约束状态的电机驱动控制装置和电机驱动控制方法。

为了解决上述课题，实现目的，本发明的一技术方案的电机驱动控制装置包括：监视部，其监视电机，检测所述电机处于驱动状态下的规定的异常状态；以及不完全约束判断部，其自检测到所述电机处于所述异常状态的时刻起执行判断程序，通过所述判断程序，判断在所述电机的驱动下旋转的旋转体上是否作用有不至于导致所述电机停止的负荷，即所述电机是否处于不完全约束状态。

根据本发明的一技术方案，能够可靠地检测出电机处于不完全约束状态。

附图说明

图1是表示实施方式的电机驱动控制装置的电路结构的框图。

图2是表示实施方式的电机驱动控制装置的动作的一个例子的时序图。

图3是表示实施方式的电机驱动控制装置的判断程序的处理流程的图。

附图标记说明

1：电机驱动控制装置；2：变换器(逆变器)电路；3：预驱动电路；4：旋转位置检测器；5：控制电路部；6：电机控制部；7：监视部；8：不完全约束判断部；9：存储部；20：电机。

具体实施方式

以下，参照附图说明实施方式的电机驱动控制装置和电机驱动控制方法。另外，本发明并不受以下所示的各实施方式的限定。

(实施方式)

图1是表示实施方式的电机驱动控制装置的电路结构的框图。

如图1所示，实施方式的电机驱动控制装置1包括监视部7和不完全约束判断部8。监视部7监视电机20，检测电机20处于驱动状态下的规定的异常状态。此外，不完全约束判断部8自检测到处于该异常状态的时刻起执行判断程序，通过判断程序，判断在电机20的驱动下旋转的旋转体上是否作用有不至于导致电机20停止的负荷，即电机20是否处于不完全约束状态。

该不完全约束状态例如由于线头等缠绕在风扇上而发生，电机旋转变慢或旋转不稳定。而且，在电机处于不完全约束状态的情况下，以往的电机驱动控制装置持续向电机作出指示以提高转数(转速)，直到达到指令转数为止，因此，电机的绕组温度上升，电机可能会陷入过热状态。

在此，实施方式的电机驱动控制装置1能够利用上述结构可靠地检测出电机20处于不完全约束状态，从而防止电机20继续维持不完全约束状态地进行动作。

以下，详细说明实施方式的电机驱动控制装置1。电机驱动控制装置1构成为例如以正弦波驱动来驱动电机20。在实施方式中，电机20例如是3相无刷电机，例如是使风扇等的未图示的旋转体旋转的风扇电机。电机驱动控制装置1基于自旋转位置检测器4输出的转子的旋转位置信号向电机20的电枢的绕组lu、lv、lw通入正弦波状的驱动电流，使电机20旋转。

电机驱动控制装置1包括变换器电路2、预驱动电路3和控制电路部5。另外，图1所示的电机驱动控制装置1的构成要素为整体的一部分，电机驱动控制装置1除了图1所示的要素以外，还可以包括其他的构成要素。

电机驱动控制装置1是整体被封装化的集成电路装置(ic)。另外，也可以将电机驱动控制装置1的一部分作为1个集成电路装置封装化，还可以将电机驱动控制装置1的全部或一部分与其他装置一起封装化而构成1个集成电路装置。

变换器电路2基于自预驱动电路3输出的输出信号向电机20输出驱动信号，从而向电机20所具有的电枢的绕组lu、lv、lw通电。变换器电路2例如通过将设于直流电源vcc的两端的2个开关元件的串联电路对(开关元件q1、q2一对、开关元件q3、q4一对以及开关元件q5、q6一对)分别配置于各相(u相、v相、w相)的绕组lu、lv、lw而构成。在2个开关元件构成的各对中，开关元件之间的连接点成为输出端，在该输出端上连接有与电机20的各相的绕组lu、lv、lw相连的端子。具体而言，开关元件q1、q2之间的连接点是与u相的绕组lu的端子相连的输出端。此外，开关元件q3、q4之间的连接点是与v相的绕组lv的端子相连的输出端。此外，开关元件q5、q6之间的连接点是与w相的绕组lw的端子相连的输出端。

预驱动电路3基于控制电路部5的控制而生成用于驱动变换器电路2的输出信号，并向变换器电路2输出该输出信号。作为所生成的输出信号，例如是与变换器电路2的开关元件q1～q6分别对应的vuu、vul、vvu、vvl、vwu和vwl。具体而言，向开关元件q1输出输出信号vuu，向开关元件q2输出输出信号vul。此外，向开关元件q3输出输出信号vvu，向开关元件q4输出输出信号vvl。此外，向开关元件q5输出输出信号vwu，向开关元件q6输出输出信号vwl。通过输出这些输出信号，与各输出信号对应的开关元件q1～q6进行on(导通)、off(断开)动作，从而向电机20输出驱动信号而向电机20的各相的绕组供给电力。在使电机20停止旋转时，开关元件q1～q6均为off状态。

在本实施方式中，控制电路部5被输入转数信号。转数信号自搭载于电机20的旋转位置检测器4经预驱动电路3向控制电路部5输入。转数信号例如是与电机20的转子的旋转对应的fg信号。即，转数信号是表示电机20的转数的检测结果的转数信息。fg信号可以是使用设置在位于转子侧的基板上的绕组图案而生成的信号(图案fg)，也可以是使用配置于电机20上的霍尔元件的输出结果而生成的信号(霍尔fg)。此外，也可以设置检测电机20的各相(u、v、w相)所感应出的反电动势的旋转位置检测电路，基于检测到的反电动势来检测电机20的转子的旋转位置和转数，还可以使用检测电机的转数、旋转位置的编码器等的传感器信号。

控制电路部5包括电机控制部6、监视部7、不完全约束判断部8和存储部9。控制电路部5例如由微型计算机、数字电路等构成。此外，例如使用电阻r2对直流电源vcc进行降压后再向控制电路部5供给驱动电力。

电机控制部6基于电机转数信号和由用户经外部端子等设定的指令转数信号(与目标转速相应的频率的时钟信号)而生成驱动控制信号，并将生成的驱动控制信号输出到预驱动电路3。即，电机控制部6一边对比目标转速和电机20的实际转数而进行反馈，一边向预驱动电路3输出用于驱动电机20的驱动控制信号，进行电机20的旋转控制。预驱动电路3基于驱动控制信号而生成用于驱动变换器电路2的输出信号，并向变换器电路2输出该输出信号。

监视部7经由外部端子等而接收指令转数信号，获取用户所指示的电机20的指令转数的信息。此外，监视部7自预驱动电路3接收电机转数信号，获取自电机20反馈的电机转数的信息。此外，监视部7接收包含自电机20的各相的绕组向接地侧输出的绕组电流值的信息在内的绕组电流信号，获取自电机20反馈的绕组电流值的信息。另外，在实施方式中，用电阻r1将绕组电流值转换为电压值，将该电压值的信息作为绕组电流信息让监视部7接收，然后再转换为绕组电流值。

另外，在图1中，指令转数信号是自外部向电机控制部6和监视部7输入的，但也可以自内部向电机控制部6和监视部7输入。

而且，监视部7基于获取的指令转数和电机转数之间的差异或者规定(预定)的电流阈值和绕组电流值之间的差异，来检测电机20处于规定的异常状态。具体而言，监视部7在电机转数相对于指令转数的比率达到规定的临界比率以下时，检测为电机20处于异常状态。此外，监视部7在绕组电流值超过电流阈值的频度达到规定的临界频度时，检测为电机20处于异常状态。而且，监视部7以规定的间隔监视电机是否处于异常状态。另外，监视电机是否处于异常状态的间隔可以任意设定。

而且，监视部7在每次监视时都向不完全约束判断部8发送与指令转数、电机转数和绕组电流值相关的信息、电机20是否处于异常状态的检测结果。

不完全约束判断部8自监视部7检测到电机处于异常状态的时刻起执行判断程序，通过判断程序判断在电机20的驱动下旋转的旋转体上是否作用有不至于导致电机20停止的负荷，即电机20是否处于不完全约束状态。此外，不完全约束判断部8使用判断程序基于异常状态的检测频度，来判断电机是否处于不完全约束状态。而且，在判断为电机处于不完全约束状态时，向电机控制部6作出进行电机20的保护动作的指示。另外，对于不完全约束判断部8所执行的判断程序，将在后面详述。

存储部9中预先存储有用于控制监视部7和不完全约束判断部8中的各种处理的各种设定值。存储部9例如由eeprom(electricallyerasableprogrammableread-onlymemory)等非易失性存储器构成。

接着，使用图2说明实施方式的电机驱动控制装置1的监视动作和判断动作的一个例子。

图2是表示实施方式的电机驱动控制装置1的动作的一个例子的时序图。上部表示绕组电流值的推移，下部表示指令转数和电机转数的推移。

监视部7(参照图1)在自电机20启动时或指令转数变更时起经过规定的时间之后，开始进行监视动作。在图2中，是在自指令转数变更起经过了时间x之后开始进行监视动作的。而且，监视部7以图2上部所示的规定的间隔执行监视动作。另外，执行监视动作的规定的间隔可以任意设定。

而且，监视部7基于指令转数和电机转数之间的差异、规定的电流阈值和绕组电流值之间的差异，来检测电机20处于规定的异常状态。在图2中，在2个条件都成立时，检测为电机处于异常状态。第1条件是指绕组电流值以规定的临界频度(在图2中，临界频度为1)超过规定的电流阈值的情况。而且，第2条件是指电机转数相对于指令转数的比率达到规定的临界比率以下的情况。

而且，监视部7在检测为电机20处于规定的异常状态时，将电机20处于异常状态这一信息传达给不完全约束判断部8(参照图1)，不完全约束判断部8执行判断程序。

如图2的上部所示，判断程序下的判断动作与监视动作同样以规定的间隔执行。监视动作和判断动作的间隔可以是相同间隔，也可以是不同间隔。在图2中，例示了以比监视动作短的间隔进行判断动作的例子。通过像实施方式那样以比监视动作短的间隔执行判断动作，能够以更短的时间且更准确地判断检测到的异常状态是否由不完全约束状态所致。

然后，在通过后述的判断程序判断为电机20处于不完全约束状态时，不完全约束判断部8向电机控制部6(参照图1)作出进行电机20的保护动作的指示。于是，电机控制部6向预驱动电路3(参照图1)作出进行例如使电机暂停，经过规定时间之后重启这样的保护动作的指示。另外，实施方式的保护动作不限定于上述动作，可以适当设定为仅仅停止的动作、反复进行停止和重启的动作等。

另外，在图2中，示出了绕组电流值在上升之后于电流阈值附近上下振荡现象。之所以出现该现象是因为，在实施方式中使用了过电流阈值作为电流阈值，因此，通过电机驱动控制装置1中的既存的过电流保护进行了控制，以避免绕组电流值达到过电流阈值以上。另一方面，也可以使用过电流阈值以外的值作为实施方式的电流阈值。

接着，使用图3详细说明不完全约束判断部8所执行的判断程序。

图3是表示实施方式的电机驱动控制装置1的判断程序的处理流程的图。不完全约束判断部8(参照图1)首先判断电机20是否处于电机启动期间或速度变更期间的过程中(步骤s1)，在电机20处于电机启动期间或速度变更期间的过程中时(步骤s1、是)，不执行判断程序而结束处理。在此，电机启动期间是指自电机20开始启动起直至经过规定时间的期间，速度变更期间是指自通过指令转数信号接收到转速变更指示的时刻起直至经过规定期间的期间。之所以这样处理是因为，在直到旋转体进入稳定状态的期间，指令转数和电机转数之间势必会发生背离，因此，在直到旋转体进入稳定状态的期间判断电机是否处于不完全约束状态是不合理的。因此，在自启动开始时或速度指令变更时刻起直到经过规定的时间(例如30(秒))，不执行判断程序而结束处理。

另一方面，在电机20不处于电机启动期间或速度变更期间的过程中时(步骤s1、否)，不完全约束判断部8计算实际转数相对于指令转数的比率，即目标达成率(步骤s2)。接着，判断目标达成率是否为规定的阈值以下(步骤s3)，在目标达成率为规定的阈值以下时(步骤s3、是)，不完全约束判断部8在速度降低次数上加1(步骤s4)。接着，不完全约束判断部8判断速度降低次数是否超过规定的阈值(步骤s5)，在速度降低次数超过规定的阈值时(步骤s5、是)，使速度降低标志为建立(置位，set)状态(步骤s6)。

此外，在目标达成率为规定的阈值以上时(步骤s3、否)，不完全约束判断部8判断速度降低次数是否大于0(步骤s7)。然后，在速度降低次数大于0时(步骤s7、是)，不完全约束判断部8在速度降低次数上减1(步骤s8)，使速度降低标志为清除(清零，clr)状态(步骤s9)。通过该步骤s7和s8的处理，在由于旋转体上作用有较弱的负荷而导致电机20成为不完全约束状态的情况下，也能高精度地判断出电机处于不完全约束状态。

另一方面，在速度降低次数为阈值以下时(步骤s5、否)、速度降低次数小于等于0时(步骤s7、否)，不完全约束判断部8直接使速度降低标志为清除状态(步骤s9)。

接下来，不完全约束判断部8判断绕组电流值是否超过规定的电流阈值(步骤s10)，在绕组电流值超过电流阈值时(步骤s10、是)，在过电流发生次数上加1(步骤s11)。接着，不完全约束判断部8判断过电流发生次数是否超过规定的阈值(步骤s12)，在过电流发生次数超过阈值时(步骤s12、是)，使过电流标志为建立状态(步骤s13)。此外，在过电流发生次数未超过阈值时(步骤s12、否)，使过电流标志为清除状态(步骤s15)。

另一方面，在绕组电流未超过电流阈值时(步骤s10、否)，不完全约束判断部8判断速度降低标志是否为建立状态(步骤s14)。而且，在速度降低标志为建立状态时(步骤s14、是)，不完全约束判断部8直接使过电流标志为清除状态(步骤s15)。

此外，在速度降低标志不为建立状态时(步骤s14、否)，不完全约束判断部8判断过电流发生次数是否大于0(步骤s16)。然后，在过电流发生次数大于0时(步骤s16、是)，不完全约束判断部8在过电流发生次数上减1(步骤s17)，使过电流标志为清除状态(步骤s15)。此外，在过电流发生次数小于等于0时(步骤s16、否)，不完全约束判断部8直接使过电流标志为清除状态(步骤s15)。通过该步骤s16和s17的处理，在由于旋转体上作用有较弱的负荷而导致电机20成为不完全约束状态的情况下，也能高精度地判断出电机处于不完全约束状态。

接着，不完全约束判断部8判断电机驱动控制装置1的过电流检测功能是否正常(步骤s18)。然后，在过电流检测功能正常时(步骤s18、是)，不完全约束判断部8判断速度降低标志和过电流标志是否均为建立状态(步骤s19)。而且，在速度降低标志和过电流标志均为建立状态时(步骤s19、是)，不完全约束判断部8判断为电机20处于不完全约束状态(步骤s20)，结束处理。此外，在速度降低标志和过电流标志不均为建立状态时(步骤s19、否)，不完全约束判断部8直接结束处理。

另一方面，在过电流检测功能不正常时(步骤s18、否)，不完全约束判断部8判断速度降低标志或过电流标志是否为建立状态(步骤s21)。然后，在速度降低标志或过电流标志为建立状态时(步骤s21、是)，不完全约束判断部8判断为电机20处于不完全约束状态(步骤s22)，结束处理。此外，在速度降低标志和过电流标志均不为建立状态时(步骤s21、否)，不完全约束判断部8直接结束处理。

通过该步骤s18和s21的处理，即使在电机20被用于严酷环境下，致使过电流检测功能无法正常动作的情况下，也能高精度地判断出电机20处于不完全约束状态。例如，在绕组电流的电流完全没有变化时，可以判断为过电流检测功能不正常。

另外，上述的判断程序中的目标达成率的阈值、速度降低次数的阈值、过电流次数的阈值等可以任意设定，并预先存储在存储部9中。

另外，在上述的判断程序中，在步骤s8和步骤s17中在速度降低次数或过电流发生次数上减去了1，但被减数也可以不是1。在步骤s8或步骤s17中，被减数也可以是2以上的整数值。

根据实施方式的判断程序，即使在电机20的旋转过程中也能判断出电机处于不完全约束状态。此外，根据实施方式的判断程序，能够综合多个要因(电机转数、指令转数、绕组电流值)来判断电机处于不完全约束状态，从而能够提高不完全约束状态的判断精度。

此外，根据实施方式的判断程序，是基于目标达成率来判断电机20的转数下降状态的，因此，能够弹性应对所有的指定转数。

此外，根据实施方式，能够在不追加零件、不导致成本上升的情况下判断不完全约束状态，能够减轻电机20的负荷。

另外，在上述的实施方式中，说明了使用3相无刷电机作为电机20的情况，但是，只要是能够用微机进行控制的电机即可，任何种类的电机都是可以的。此外，在上述的实施方式中，示出了使用电机转数和指令转数的比率进行监视动作、判断动作的例子，但也可以使用电机转数和指令转数之差来进行监视动作、判断动作。

此外，上述的实施方式中的判断程序只是一个例子，也可以插入其他步骤。此外，转数的检测方法并不特别限定于使用旋转位置检测器4的方法，也可以是使用霍尔传感器的方法以外的方法。

此外，上述实施方式并不对本发明构成限定。适当组合上述各构成要素而构成的方式也包含在本发明中。此外，对于本领域技术人员而言，可以容易地导出更多的效果、变形例。因此，本发明的更广泛的技术方案可以进行各种变更，不限定于上述实施方式。