JP5153605B2 - Motor control device - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池システムなどの排熱回収ポンプ用モータに適用可能なモータの制御装置に関する。 The present invention relates to a motor control device applicable to an exhaust heat recovery pump motor such as a fuel cell system.
一般に、燃料電池発電システムは、燃料である水素と酸化剤である酸素とを電気化学的に反応させて直接電気を高い効率で取り出すことができ、しかも、低騒音で有害ガスを出さないことから、環境性に優れた発電システムである。特に最近では、電解質に固体高分子形電解質膜を用いた小型の家庭用として開発されている。この固体高分子形燃料電池システムにおいては、電力未使用時の夜間などのスタンバイ時では電力使用時に備えて最適な温度条件を持続させるため、燃料電池本体を微小発電で運転し続け、燃料電池本体に対して循環する冷却水の温度を例えば70〜75°Cに保つことが要求されている。 In general, a fuel cell power generation system can take out electricity directly with high efficiency by electrochemically reacting hydrogen as a fuel and oxygen as an oxidant, and does not emit harmful gases with low noise. It is a power generation system with excellent environmental performance. In particular, recently, it has been developed for small household use using a polymer electrolyte membrane as an electrolyte. In this polymer electrolyte fuel cell system, in order to maintain the optimum temperature condition in preparation for the use of electric power at the time of standby such as at night when the electric power is not used, the fuel cell main body is continuously operated with micro power generation, For example, it is required to maintain the temperature of the circulating cooling water at 70 to 75 ° C.
スタンバイ発電時の冷却水温度を恒温化するためには、例えば、冷却水から熱交換器を介して得た排熱を貯湯槽に回収するための排熱回収ポンプ用モータを温度センサーの検出温度に応じてオン・オフ制御する方法が考えられるものの、温度検出から排熱回収までのタイムラグが伴うため、ハンチング現象の発生を招き、また断続音の発生により不快感を与える。 In order to make the cooling water temperature constant during standby power generation, for example, an exhaust heat recovery pump motor for recovering exhaust heat obtained from the cooling water through a heat exchanger to a hot water storage tank is detected by a temperature sensor. Although a method of on / off control according to the above is conceivable, there is a time lag from temperature detection to exhaust heat recovery, which causes the occurrence of a hunting phenomenon and causes discomfort due to the generation of intermittent sounds.
他方、排熱回収ポンプ用モータの別の制御方法として、スタンバイ時でもモータを極低速で回転駆動し続け、モータのオン・オフ制御を行わないことが考えられる。しかしながら、電力使用時などにおいて回転指令信号に基づく速度制御期間中、ロータに過負荷印加などの事故が生じてロータが低速化した際、モータ駆動用ICに内蔵された駆動電流緊急遮断回路が作動してロータが緊急停止するよう、モータのステータコイルに流れる駆動電流を遮断制御する安全対策が講じられているため、回転指令信号に基づき極低速に設定した場合、駆動電流緊急遮断回路が誤作動してしまい、それ故、排熱回収ポンプ用モータの極低速の定常回転を実現することができない。 On the other hand, as another control method of the exhaust heat recovery pump motor, it is conceivable that the motor is continuously driven to rotate at an extremely low speed even during standby, and the motor on / off control is not performed. However, during the speed control period based on the rotation command signal when using electric power, etc., an accident such as an overload applied to the rotor causes the rotor to slow down, and the drive current emergency cutoff circuit built into the motor drive IC operates. As a result, safety measures have been taken to control the drive current that flows through the stator coil of the motor so that the rotor will stop urgently. Therefore, the extremely low speed steady rotation of the exhaust heat recovery pump motor cannot be realized.
上記問題点に鑑み、本発明の課題は、ロータが低速化した際にモータ駆動電流遮断回路が作動しロータの緊急停止を実現できると共に、回転指令信号に基づき極低速の定常回転も実現できるモータの制御装置を提供することにある。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a motor that can realize an emergency stop of a rotor by operating a motor drive current cutoff circuit when the rotor speed is reduced, and can also realize extremely low speed steady rotation based on a rotation command signal. It is to provide a control device.
上記課題を解決するため、本発明に係るモータの制御装置は、回転指令信号の電圧が第1の電圧値以下にあるときはステータコイルに流す駆動電流を零に設定すると共に、上記電圧が第1の電圧値からこれを超える第2の電圧値までの速度制御範囲にあるときは当該電圧の増減に応じて駆動電流を増減する回転駆動回路と、上記電圧が前記速度制御範囲にあるときは定電流を計時用コンデンサに充電する充電回路と、計時用コンデンサの充電電圧が閾値に達するときは回転駆動回路に作用して駆動電流を遮断させる駆動電流緊急遮断回路と、ステータコイルで回転駆動されるロータの回転周期毎に発生する検出信号に基づき計時用コンデンサを放電する第1の放電回路を備えたモータの制御装置において、上記電圧が第1の電圧値から速度制御範囲で当該第1の電圧値寄りの第3の電圧値までの間は計時用コンデンサを放電する第2の放電回路を有することを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, the motor control device according to the present invention sets the drive current to flow through the stator coil to zero when the voltage of the rotation command signal is equal to or lower than the first voltage value, and the voltage is When the speed control range is from a voltage value of 1 to a second voltage value exceeding this, a rotational drive circuit that increases or decreases the drive current according to the increase or decrease of the voltage, and when the voltage is within the speed control range A charging circuit that charges a constant current to the timer capacitor, a drive current emergency cutoff circuit that acts on the rotary drive circuit to cut off the drive current when the charging voltage of the timer capacitor reaches a threshold value, and is rotated by a stator coil. In a motor control device including a first discharge circuit that discharges a time-measurement capacitor based on a detection signal generated at each rotation period of the rotor, the voltage is controlled from a first voltage value to a speed control. Until the third voltage value of the first voltage value close range is characterized by having a second discharge circuit for discharging the timing capacitor.
本発明では、ロータの回転結果情報に基づいて作動する第1の放電回路を備えているため、回転指令信号の電圧が第1の電圧値からこの近傍の第3の電圧値の間は、速度制御範囲のうち極低速域となり、通常は検出信号の長周期化により駆動電流遮断回路が作動するところであるが、回転指令信号に基づいて作動する第2の放電回路を備えているため、この第2の放電回路により計時用コンデンサCが放電されているので、駆動電流緊急遮断回路を無能化でき、極低速を持続できる。 In the present invention, since the first discharge circuit that operates based on the rotation result information of the rotor is provided, the speed of the rotation command signal is between the first voltage value and the third voltage value in the vicinity thereof. The control range is an extremely low speed region, and the drive current cut-off circuit is usually activated by a longer period of the detection signal. However, the second discharge circuit that operates based on the rotation command signal is provided. Since the timekeeping capacitor C is discharged by the two discharge circuits, the drive current emergency cut-off circuit can be disabled, and extremely low speed can be maintained.
このようなモータは燃料電池システムなどの排熱回収ポンプ用モータに用いることが望ましい。 Such a motor is desirably used for a motor for an exhaust heat recovery pump such as a fuel cell system.
本発明は、ロータの低速化の際に作動する駆動電流緊急遮断回路を付帯しながら、回転指令信号に基づき極低速の定常回転を実現できる。 According to the present invention, an extremely low speed steady rotation can be realized based on a rotation command signal while accompanying a drive current emergency cut-off circuit that operates when the rotor speed is reduced.
次に、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。図1は本発明に係るモータの制御装置の一実施例を示す回路図である。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of a motor control apparatus according to the present invention.
本例のブラシレスモータ10は固体高分子形燃料電池システムにおける排熱回収ポンプ用モータであり、シャフト12に挿通したロータマグネット14を持つロータ16と、このロータを回転駆動するスター結線のステータコイルX,Y,Zとから成る。
The
モータ制御装置20はモータ駆動用IC30を有し、このモータ駆動用IC30は、回転駆動回路33、充電回路34、駆動電流緊急遮断回路37及び第1の放電回路40を備えている。回転駆動回路33は、回転指令信号Sの電圧と鋸波入力Fとを比較してパルス幅変調信号Mを生成するPWM回路31と、パルス幅変調信号Mに基づきステータコイルX,Y,Zに駆動電流IX,IY,IZを流す駆動回路32とを有する。
The
ここで、回転指令信号Sの電圧が本例では0〜1Vのときは鋸波入力Fをスライスしないため、パルス幅変調信号Mは零出力であり、駆動電流IX,IY,IZは発生せず、ロータ16は回転しない。回転指令信号Sの電圧が第1の電圧値(例えば1V)〜第2の電圧値(例えば5V)の速度制御範囲では鋸波入力Fをスライスするため、その電圧が増大するほどパルス幅変調信号Mのパルス幅が長くなり、駆動電流IX,IY,IZが増大し、ロータ16は高速化する。なお、回転指令信号Sの電圧が5V以上のときはパルス幅変調信号Mが全幅導通となり、駆動電流IX,IY,IZが極大となる。
Here, since the sawtooth input F is not sliced when the voltage of the rotation command signal S is 0 to 1 V in this example, the pulse width modulation signal M is zero output, and the drive currents I X , I Y , and I Z are It does not occur and the
充電回路34は、回転指令信号Sの電圧を基準電圧Vf1(1V)と比較して回転指令信号Sの電圧が基準電圧Vf1以上のときは充電指令信号Tを出力する比較器35と、この充電指令信号Tにより定電流ICを計時用コンデンサCに充電する定電流源36を有する。
The
駆動電流緊急遮断回路37は、計時用コンデンサCの充電電圧VCを基準電圧Vf2と比較して充電電圧VCが基準電圧Vf2以上のときは遮断指令信号Eを出力する比較器38と、この遮断指令信号Eに基づきPWM回路31の付勢電源を落とすパワーダウン回路39とを有する。
Drive current
第1の放電回路40は、ホール素子Hから出力信号dを基準電圧Vf3と比較して出力信号dの電圧が基準電圧Vf3以上のときはロータ16の回転周期毎の回転検出信号Dを出力する比較器41と、この回転検出信号Dがベースに加わる際にオンし計時用コンデンサCを放電する第1の放電トランジスタTr1を有する。
The
上記のモータ駆動用IC30は従前より市販品として使用されているものであり、以下のような動作が行われる。回転指令信号Sの電圧が第1の電圧値(1V)以下のとき、ロータ16は回転しないが、第1の電圧値(1V)以上になったとき、パルス幅変調信号Mが生成して駆動電流IX,IY,IZが発生するため、ロータ16が起動し、回転指令信号Sの電圧の増減に応じてロータ16の速度が増減する。また、回転指令信号Sの電圧が基準電圧Vf1(1V)以上になると、定電流ICが計時用コンデンサCに流れ込んで充電する。
The motor driving IC 30 has been used as a commercial product from the past, and the following operation is performed. When the voltage of the rotation command signal S is equal to or lower than the first voltage value (1V), the
ここで、回転指令信号Sの電圧が第1の電圧値(1V)以上となり、ロータ16が正常に回転している場合、ロータ16の比較的短い回転周期毎の回転検出信号Dが得られるため、定電流ICで常時充電されている計時用コンデンサCの充電量が第1の放電トランジスタTr1を介して放電し、計時用コンデンサCの充電圧VCは比較器38bの閾値たる基準電圧Vf2に達することがないので、遮断指令信号Eは発生しない。ところが、過負荷印加などの異常がロータ16に発生し、ロータ16の速度が低速化した場合、ホール素子Hから出力信号dのレベル低下や発生周期の長周期化が生じるため、第1の放電トランジスタTr1による放電周期の長周期化により計時用コンデンサCの充電圧VCが基準電圧Vf2に達し、遮断指令信号Eが発生してPWM回路31を無能化し、このためロータ16が停止する。
Here, when the voltage of the rotation command signal S is equal to or higher than the first voltage value (1V) and the
本例のモータ制御装置20は、ホール素子(回転検出素子)Hからの回転結果情報に基づいて作動する第1の放電回路40とは別に、回転指令信号Sに基づいて作動する第2の放電回路50を備えている。この第2の放電回路50は、回転指令信号Sの電圧を第3の電圧値たる基準電圧Vf4(例えば2V)と比較し、電圧が2V以下のときは放電指令信号Wを出力する比較器51と、この放電指令信号Wがベースに加わる際にオンして計時用コンデンサCを放電する第2の放電トランジスタTr2を有する。このため、回転指令信号Sの電圧が1〜2Vのときは、速度制御範囲のうち極低速域となり、回転検出信号Dの長周期化により第1の放電回路40が働かない状態で駆動電流緊急遮断回路37が作動するところであるが、回転指令信号Sに基づき第2の放電トランジスタTr2がオン状態で計時用コンデンサCが放電されているため、遮断指令信号Eは出力せず、駆動電流緊急遮断回路37を無能化でき、極低速状態を持続できる。ブラシレスモータ10のオン・オフ制御でないため、ハンチング現象が起らず、断続音発生を防止できる。
The
10…ブラシレスモータ
12…シャフト
14…ロータマグネット
16…ロータ
X,Y,Z…ステータコイル
20…モータ制御装置
30…モータ駆動用IC
31…PWM回路
33…回転駆動回路
34…充電回路
35,38,41,51…比較器
36…定電流源
37…駆動電流緊急遮断回路
39…第1の放電回路
50…第2の放電回路
C…計時用コンデンサ
D…回転検出信号
S…回転指令信号
M…パルス幅変調信号
d…出力信号
E…遮断指令信号
F…鋸波入力
H…ホール素子
IC…定電流
IX,IY,IZ…駆動電流
T…充電指令信号
Tr1…第1の放電トランジスタ
Tr2…第2の放電トランジスタ
VC…充電電圧
Vf1,Vf2,Vf3,Vf4…基準電圧
W…放電指令信号
DESCRIPTION OF
31 ...
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