JP2006033903A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アナログ信号伝送距離が長くなった場合であっても、高精度なモータ制御を可能とする安価なモータ制御装置を提供する。
【解決手段】モータの回転位置検出信号からモータへの駆動指令を演算する駆動回路とモータからなるモータ制御装置において、駆動回路３は、モータ１の回転に同期した位置検出手段２のアナログ信号を入力とし、このアナログ信号のノイズや減衰による影響を補正するノイズ除去手段３１と、ノイズ除去手段３１による位相遅れをモータ１の回転速度に応じて補正する位相補正手段３２とを備え、位相補正手段３２の補正された位相に基づき駆動指令生成手段３３は駆動指令を生成しインバータ回路３４をスイッチングする。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般産業用途などに使用されるモータの速度や位置を制御するモータ制御装置に関するものである。

一般にブラシレスモータは、ロータのマグネット位置に応じた信号を発生するコミュテーションセンサ（以下、ＣＳと称する。）の出力論理によってモータの位置を検出する矩形波駆動方式や、高度な制御精度が求められる場合は、光学式エンコーダなどのセンサを用いてＣＳ信号の論理とエンコーダが検出した位置情報を併用してモータの回転位置を演算する正弦波駆動方式などにより駆動される。

しかし、前者の方式はＣＳ信号の論理が切り替わるポイント数しか分解能が得られないため制御精度が低い。また、後者の方式は一般にＩＣや高精度なエンコーダなどが必要になるため、コストがかかるという問題がある。

これに対し、光学式エンコーダなどの高価な検出器を用いることなく安価に精度良くモータの回転位置を検出する手段として、磁極信号のアナログ値を補正する方式が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−１５８８８８号公報

しかしながら、モータの位置検出にアナログ信号を用いた場合、ノイズによる乱れが発生するため、モータを精度よく制御することが困難である。

特に、モータと制御回路の間のケーブルが延長され、信号伝送距離が長くなると、このようなアナログ信号の乱れは大きくなるため、そのままではモータの回転位置を制御することは難しい。

デジタル信号の場合は論理の変化する箇所以外で、多少ノイズが重畳しても制御に影響はなく、またデジタルフィルタ処理などにより、ノイズ対策を比較的容易に行うことができる。

これに対して、アナログ信号の場合は、刻々と変化する信号がリアルタイムにモータの磁極位置を表すため、デジタル信号の場合に比べてノイズ対策は困難である。

例えば、正弦波状の信号の場合、逆三角関数を解くことによって角度を演算し、モータの位置を検出するため、ノイズが重畳して信号が乱れるとその影響が直にモータ位置検出の演算結果に現れ、実際のモータ位置からずれることになり、正確なモータ制御を行うことができない。

一般に、ノイズ対策としてアナログ信号伝送路にローパスフィルタを設置することが考えられるが、モータ回転が高速になるとフィルタ時定数によるアナログ信号の位相遅れが顕著になり、アナログ信号の角度情報をもとに生成されたモータへの駆動指令と実際のモータ回転位置がずれるため、正確な位置制御を行うことができない。

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、モータと制御回路の間がケーブルなど
で延長され、アナログ信号伝送距離が長くなった場合であっても、高精度なモータ制御を可能とする安価なモータ制御装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために本発明のモータ制御装置は、モータの回転に同期した位置検出手段が出力するアナログ信号のノイズをノイズ除去手段によって取り除き、さらに位相補正手段によってアナログ信号の位相遅れを補正する手段を備えているため、アナログ信号を精度良く駆動回路に伝送して高精度なモータ制御を行うことが可能であり、かつエンコーダなどの高価な検出器が不要であるため安価に実現可能である。

本発明のモータ制御装置によれば、ノイズ除去手段によるアナログ信号の位相遅れをモータの回転速度に応じて補正する位相補正手段を備えているため、モータと駆動回路間をケーブルなどで延長し信号伝送距離が長くなった場合であっても、アナログ信号を精度良く駆動回路に伝送することが可能である。また、この位相補正手段は、アナログ信号の位相遅れを補正すると同時に駆動回路の演算処理遅れも補正することが可能である。

また、位置検出手段としてマグネットの磁極位置に対応したアナログ信号を出力するホール素子やＭＲ素子、レゾルバなどを使用することができ、高価なエンコーダなどを使用せずに安価に構成でき、モータの速度や位置を精度良く制御することが可能である。

モータの回転位置検出信号からモータへの駆動指令を演算する駆動回路とモータからなるモータ制御装置において、前記駆動回路は、モータの回転角度に同期した位置検出手段のアナログ信号を入力とし、このアナログ信号のノイズによる影響を除去するノイズ除去手段と、前記ノイズ除去手段による位相遅れをモータの回転速度に応じて補正する位相補正手段とを備え、前記位相補正手段の補正された位相に基づき駆動指令生成手段は駆動指令を生成しインバータ回路をスイッチングするモータ制御装置である。

図１は本発明のモータ制御装置の概略ブロック図である。

モータ１は、例えば３相ブラシレスモータのような多相同期モータやステッピングモータ、またはリニアモータなどであり、その近傍には位置検出手段２が備わっている。

位置検出手段２は、モータ１の回転に同期したアナログ信号を出力し、モータ１の回転位置を検出するためのセンサとして用いられる。

例えば、ホール素子やＭＲ素子あるいはレゾルバのようにモータ１の磁極位置を検出し、それに対応した正弦波状のアナログ電圧信号を出力する検出器で具現化することができる。

位置検出手段２から出力されたアナログ信号は、センサ信号ケーブル５を経由して駆動回路３へと伝送される。アナログ信号は、センサ信号ケーブル５を経由する過程において、外部からのノイズによる乱れやケーブル抵抗による減衰などの影響を受けると、正確なモータ回転位置を伝達できなくなる。

このようなノイズや減衰を除去しアナログ信号の精度を保つために、駆動回路３にノイズ除去手段３１を備えノイズの影響を除去している。

図２はノイズ除去手段３１の説明図である。例えば、抵抗器１１とコンデンサ１２によるローパスフィルタ１０によりノイズ除去手段３１を安価に構成することができる。

仮に、ローパスフィルタ１０の前にノイズが重畳したいた場合、フィルタ前センサ信号１７のままではモータ１の回転位置検出に利用できないが、ローパスフィルタ１０を経由したフィルタ後センサ信号１８はノイズが除去され、モータ１の回転に同期した正弦波状の波形となり、位置検出に用いることができる。

しかし、ノイズ除去手段３１を経由したアナログ正弦波状信号はローパスフィルタ１０の時定数による位相遅れが発生する。位相遅れがあると、アナログ正弦波信号の角度情報をもとに生成される電圧指令または電流指令などの駆動指令と実際のモータ１の位置がずれるため、正しく位置を検出することができない。

図３はノイズ除去手段３１の前後でアナログ信号に発生する位相遅れを説明するための図である。フィルタ後センサ信号１８はフィルタ前センサ信号１７に比べて位相遅れ１６だけ位相がずれていることが分かる。

抵抗器１１の抵抗値をＲ、コンデンサ１２の容量をＣとすると時定数Ｔは、Ｔ＝Ｃ×Ｒで表され、アナログ正弦波の周波数をωとすると、このフィルタの伝達関数Ｇ＝１/（１＋ｊωＴ）、位相遅れ∠Ｇ＝−ｔａｎ^-1ωＴであるので、位相遅れ∠Ｇは正弦波の周波数ωつまりモータの回転速度に比例する。

位相遅れの影響はモータが高速回転になるほど顕著となるため、本モータ制御装置はモータの回転速度に比例して位相を補正する位相補正手段３２を備えている。

位相補正手段３２は制御アルゴリズムとしてマイコン７に記憶されており、あらかじめ比例定数をパラメータなどで設定しておき、その比例定数による傾きに従って駆動指令値の位相を進めることで実現できる。

また、マイコン７による演算処理の遅れなどもモータ１の回転速度に比例して大きくなるため、比例定数の設定を考慮することにより、このような演算処理系の遅れなども含めて同時に補正することも可能である。

駆動指令生成手段３３は、位相補正手段３２による位相補正量だけ位相をシフトさせた駆動指令を生成し、インバータ回路３４をスイッチングすることでモータ１を回転させる。

駆動指令は例えばモータ巻線に印加する電圧指令や、電流センサなどを用いて電流制御が可能な場合は電流指令であってもよい。

以上のノイズ除去手段３１および位相補正手段３２によりセンサ信号ケーブル５を延長するなど信号伝送距離が長くなっても、十分にノイズ対策を行うことが可能であると同時に、位相遅れなく正確にモータ１の位置情報を駆動回路３に伝達でき、高精度なモータ制御を行うことができる。

本発明のモータ制御装置は、搬送装置や開閉装置、半導体製造装置などの一般産業機器において駆動回路とモータを別々に設置し、両者の間を例えば数十メートルのケーブルで接続し、モータと駆動回路間の信号伝送距離が長くなる状態で使用する場合に、高い速度安定性や高精度な位置決め制御を高価な位置検出器を用いることなく、ホール素子などの
安価なセンサのみで実現することが可能である。

本発明の実施例１におけるモータ制御装置の概略ブロック図 ノイズ除去手段の一例を示す構成図 位相遅れの説明図

符号の説明

１ モータ
２ 位置検出手段
３ 駆動回路
５ センサ信号ケーブル
７ マイコン
８ モータケーブル
１０ ローパスフィルタ
１１ 抵抗器
１２ コンデンサ
１６ 位相遅れ
１７ フィルタ前センサ信号
１８ フィルタ前センサ信号
３１ ノイズ除去手段
３２ 位相補正手段
３３ 駆動指令生成手段
３４ インバータ回路

Claims (3)

1. モータの回転位置検出信号からモータへの駆動指令を演算する駆動回路とモータからなるモータ制御装置において、前記駆動回路は、モータの回転角度に同期した位置検出手段のアナログ信号を入力とし、このアナログ信号のノイズによる影響を除去するノイズ除去手段と、前記ノイズ除去手段による位相遅れをモータの回転速度に応じて補正する位相補正手段とを備え、前記位相補正手段の補正された位相に基づき駆動指令生成手段はモータの駆動指令を生成しインバータ回路をスイッチングするモータ制御装置。
2. 位相補正手段により、駆動回路の演算処理遅れを同時に補正する請求項１記載のモータ制御装置。
3. モータの位置検出手段にホール素子、ＭＲ素子またはレゾルバを用いた請求項１記載のモータ制御装置。