JP2004072807A

JP2004072807A - モータ制御装置

Info

Publication number: JP2004072807A
Application number: JP2002224369A
Authority: JP
Inventors: Shunsuke Matsubara; 松原　俊介; Shinichi Kono; 河野　新一; Shinichi Horikoshi; 堀越　眞一
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2002-08-01
Filing date: 2002-08-01
Publication date: 2004-03-04
Anticipated expiration: 2022-08-01
Also published as: US20040227485A1; EP1387483B1; DE60329892D1; US6919699B2; EP1387483A3; JP3609069B2; EP1387483A2

Abstract

【課題】発熱の少ない、小型化ができ、省エネのモータ制御装置を得る。
【解決手段】モータ電流が流れる電導線４の回りに発生する磁束をホール素子１１で検出する。この検出出力を増幅器１２で増幅して磁束を打ち消すようにコイル１３に流して、モータ駆動電流に比例する微少電流を得る。この微少電流を抵抗１５に流して抵抗１５の両端電圧差をΔΣ変調回路２１で変調し、ディジタルフィルタ２２を通す。フィルタ２２の出力に温度センサ１６の出力信号に基づく信号を加算器２７で加算し、ホール素子１１のオフセット電圧の温度ドリフトを補償する。この加算器の出力を検出モータ駆動電流のフィードバック信号とする。電流制御回路３で電流フィードバック制御し、ＰＷＭ信号発生回路２、インバータ装置１によってモータを駆動制御する。抵抗１５に流れる電流は微少で、発熱は小さい。そのため、小型で省エネとなる。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はモータ制御装置に関し、特に、モータ電流を検出し、この検出モータ電流をフィードバックして、電流フィードバック制御を行いモータを制御するモータ制御装置に関する発明である。
【０００２】
【従来の技術】
モータの駆動電流を検出してフィードバックし、該モータ電流値が指令電流値と一致するように電流フィードバックを行うモータ駆動制御方法は一般的に行われている。例えば、ＰＷＭ制御によりインバータ装置を制御して電流制御を行う場合、モータの各相の駆動電流を検出しフィードバックし、各相の指令電流値に該フィードバック電流値が一致するようにＰＷＭ信号を作成し、該ＰＷＭ信号に基づいてインバータ装置を制御して各相のモータ電流を制御している。
【０００３】
このような、モータ制御装置において、モータ電流を検出する方法としては、インバータ装置の出力線であるモータ電流が流れる電導線に直列に抵抗を挿入し、該抵抗の両端に生じる電位差を検出して、モータ電流を検出する方法がとられていた。又、このように検出したモータ電流を正確にフィードバックするために、検出モータ電流をΔΣ変調してフィードバックするようにした方法も特許第３２２０５７０号公報で公知である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
モータの実電流を検出するために、該モータを駆動する電流が流れる回路に電流検出用抵抗を挿入するものであるから、この抵抗からの熱が発生する。特に、大きなモータ駆動電流を通す場合、この抵抗からの発熱が大きくなり、該抵抗の容量を大きくする必要がある。又、この発熱はモータやインバータ装置等のモータ制御装置が設置されている環境を悪くし、周囲の機器に悪影響を及ぼす。そのため、ΔΣ変調回路でΔΣ変換して正確な駆動電流をフィードバックしようとしてもその効果は半減する。
そこで、本発明は、発熱の少ない、小型化が可能で省エネのモータ制御装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明によるモータ制御装置は、モータ電流より発生する磁束をホール素子により検出し、検出した磁束に基づいてモータの実電流に比例した電圧を出力する電圧出力回路と、該電圧出力回路から出力された電圧を検出するΔΣ変調回路とを備え、該ΔΣ変調回路で検出された電圧に基づいてモータのフィードバック制御を行うことを特徴とする。又、本発明によるモータ制御装置は、モータ電流より発生する磁束をホール素子により検出して、実際のモータ電流に比例した微少電流を出力する回路を具備し、該出力に直列に配置された抵抗の両端に生じる電圧値をΔΣ変調回路にて検出し、該ΔΣ変調回路にて検出し、モータのフィードバック制御を行うことを特徴とする。
【０００６】
前記ΔΣ変調回路の出力が１ビットのディジタル信号であり、該ディジタル信号をディジタルフィルタで処理するようにした。さらに、ΔΣ変調回路の出力値に基づいて過電流検出を行うようにした。又、ホール素子近傍に温度検出手段を取り付け、ホール素子取付部位の温度を検出し、検出度情報に基づき、ホール素子のオフセット電圧の温度ドリフトの補償を行うようにした。さらに、この温度検出手段の出力もΔΣ変調回路で変調するようにした。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の要部を詳述したモータ制御装置の一実施形態の概要図である。この実施形態は、ＰＷＭ信号によってインバータ装置を駆動制御するモータ制御装置の例である。位置、速度制御回路等の上位の回路より指令されるか各相の指令電流と後述するモータの実電流を検出したフィードバック信号に基づいて、電流制御回路３が電流フィードバック制御を行いＰＷＭ信号発生回路２へ電圧指令を出力する。なお、３相モータの場合、通常、２相の相電流指令と対応する２相の実相電流が検出されフィードバックされて、残りの相の相電流指令とフィードバック電流値はこの電流制御回路３内で求められて、３相のフィードバック制御がなされ、３相それぞれの電圧指令がＰＷＭ信号発生回路２に出力される。
【０００８】
ＰＷＭ信号発生回路２では、各相の電圧指令に基づいてインバータ装置１のスイッチング素子をオン／オフさせるＰＷＭ信号を発生してインバータ装置１を駆動制御する。該インバータ装置１の出力によりモータは駆動制御されることになる。
以上は従来のＰＷＭ制御によるモータ制御装置と何ら変わるところはない。本発明は、このようなモータ制御装置において、モータの駆動電流を検出する技術、手段において特徴を有するものである。
【０００９】
図１において、符号４はインバータ装置１から出力され、モータ電流が流れる１つの相の電導線を示すものである。該電導線４を取り囲むように磁性体１４が配置され、電導線４に流れる電流によって発生する磁束が該磁性体１４を通るように磁束経路を形成している。又、該管状の磁性体４の環の一部が除去され間隙となった位置にホール素子１１が配置されている。該ホール素子１１には増幅器１２が接続され、該増幅器１２の出力は、磁性体１４のまわり、すなわち磁束経路を囲むように巻かれたコイル１３に接続されている。コイル１３の他端は抵抗１５が接続されアースされている。上述したホール素子１１、増幅器１２、コイル１３、磁性体１４、抵抗１５によって、モータの実電流を検出し電圧に変換して出力する電圧出力回路１０を構成している。
抵抗１５の両端に生じる電圧値をΔΣ変調回路２１に入力し、該ΔΣ変調回路２１の出力は、ディジタルフィルタ２２、２３に入力されている。ディジタルフィルタ２２の出力は加算器２７に入力され、ディジタルフィルタ２３の出力は電流制御回路３に入力されると共に、このモータ等を備える機械、装置の制御装置、例えば数値制御装置に帰還されている。
【００１０】
一方、ホール素子１１を配置した部位近傍には温度センサ１６が配置されている。この実施形態では、ホール素子１１が配置された位置近傍の磁性体１４に温度センサ１６が取り付けられている。該温度センサ１６の出力は増幅器２４を介してΔΣ変調回路２５に入力され、該ΔΣ変調回路２５の出力は、ディジタルフィルタ２６を介して加算器２７に入力されている。さらに、加算器２７の出力は電流制御回路３にフィードバックされている。
【００１１】
モータが駆動され、電導線４にモータ電流が流れると、磁束が発生する。この磁束は磁性体１４に集中して現れる（この電導線４に流れる電流によって発生した磁束の向きを矢印Ａで示す）。この磁束を磁性体１４の管状の切断部に配置されたホール素子１１で検出し、該ホール素子１１の出力を増幅器１２で増幅してコイル１３に前記磁束を打ち消すように電流を流す（コイル１３に流れる電流によって発生する磁束の向きを矢印Ｂで示す）。これにより、抵抗１５には電導線４に流れるモータ電流に比例した微少電流が流れる。この微少電流によって発生する抵抗１５の両端の電圧差がΔΣ変調回路２１に入力され、該ΔΣ変調回路２１でΔΣ変調されて、モータ電流値を示す１ビットのディジタル信号が出力される。該ディジタル信号はディジタルフィルタ２２、２３で量子化ノイズ等が除去される。ディジタルフィルタ２３の１ビットのディジタル信号の出力は、電流制御回路３及び上位制御装置にフィードバックされ、過電流検出に利用される。すなわち、ディジタルフィルタ２３からのディジタル信号により示されるモータ電流の大きさが電流制御回路３内に設けられている過電流検出回路によって過電流と判断されたときには、電流制御回路３の出力を停止する。又、上位制御装置では、このディジタルフィルタ２３からの信号が示すモータ電流の大きさによって過電流と判断したときにはアラーム等を発生させる。
【００１２】
一方、ディジタルフィルタ２２の出力は加算器２７に入力される。又、温度センサ１６の出力は増幅器２４で増幅されてΔΣ変調回路２５でΔΣ変調され、１ビットのディジタル信号に変換され、ディジタルフィルタ２６を介して加算器２７に入力される。
【００１３】
加算器２７ではディジタルフィルタ２２にから出力されるホール素子１１で検出した磁束に基づくモータ電流値を示す信号から、温度センサ１６で検出されるホール素子１１の近傍の温度を示す信号を加算することによって、ホール素子のオフセット電圧の温度ドリフト補償を行う。この温度ドリフト補償され、検出モータ電流値を示すΔΣ変調された１ビットのディジタル信号は電流制御回路３にフィードバックされる。
【００１４】
電流制御回路３は前述したように、この検出モータ電流値を示すフィードバック信号と、位置、速度制御回路等の上位回路からの電流指令により電流フィードバック制御を行い、ＰＷＭ発生回路２へ電圧指令を出力し、ＰＷＭ信号発生回路２では、この電圧指令に基づいてインバータ装置１のスイッチング素子をオン／オフするＰＷＭ信号を作り出力してインバータ装置１を駆動制御し、モータの各相に駆動電流を流しモータを駆動する。
【００１５】
ホール素子１１でモータ電流によって発生する磁束を検出し、この検出した磁束に基づいて、コイル１３、抵抗１５に流れる電流は、モータ電流に比例し、かつ、モータ電流に比べ微少な電流である。そのため、抵抗１５は小容量のものでよく発熱も小さい。そして、抵抗１５の両端の電圧値をΔΣ変調回路２１で変調して１ビットのディジタル信号とし、さらにディジタルフィルタを介して量子化ノイズ等を除去して実電流検出フィードバック信号として電流制御回路３にフィードバックしたから、実電流を示す正確なフィードバック信号が得られ、小型で省エネとなったモータ制御装置を得ることができる。しかも、ΔΣ変調回路２１で変調したディジタル信号は重み付けのない１ビットのディジタル信号であるから、フィードバック経路中でノイズ等を受けても、大きく誤った信号となるとはなく、ノイズに強く正確な電流検出信号をフィードバックすることができる。
【００１６】
【発明の効果】
本発明は、発熱の少ない、小型で省エネとなったモータ制御装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の要部を詳述したモータ制御装置の一実施形態の概要図である。
【符号の説明】
１　インバータ装置
２　ＰＷＭ信号発生回路
３　電流制御回路
４　電導線
１０　電圧出力回路
１１　ホール素子
１２　増幅器
１３　コイル
１４　磁性体
１５　抵抗
１６　温度センサ
２１、２５　ΔΣ変調回路
２２、２３、２６　ディジタルフィルタ
２７　加算器

Claims

モータ電流より発生する磁束をホール素子により検出して、検出した磁束に基づいてモータの実電流に比例した電圧を出力する電圧出力回路と、該電圧出力回路から出力された電圧を検出するΔΣ変調回路とを備え、該ΔΣ変調回路で検出された電圧に基づいてモータのフィードバック制御を行うことを特徴とするモータ制御装置。
モータ電流より発生する磁束をホール素子により検出して、実際のモータ電流に比例した微少電流を出力する回路を具備し、該出力に直列に配置された抵抗の両端に生じる電圧値をΔΣ変調回路にて検出し、該ΔΣ変調回路にて検出された電圧に基づいてモータのフィードバック制御を行うことを特徴とするモータ制御装置。
前記ΔΣ変調回路の出力が１ビットのディジタル信号であり、該ディジタル信号をディジタルフィルタで処理する請求項１又は請求項２に記載のモータ制御装置。
前記ΔΣ変調回路の出力値に基づいて過電流検出を行う請求項１乃至３の内いずれか１項に記載のモータ制御装置。
前記ホール素子近傍に取り付けた温度検出手段によりホール素子取付部位の温度を検出し、該温度情報に基づき、ホール素子のオフセット電圧の温度ドリフトの補償を行う請求項１乃至４の内いずれか１項に記載のモータ制御装置。
前記温度検出手段の出力がΔΣ変調回路により変調されることを特徴とする請求項５記載のモータ制御装置。