JP5938704B1 - モータ制御装置およびモータ制御方法 - Google Patents

Abstract

本モータ制御装置は、３相の巻線を巻回したステータを備えるモータに対し、巻線に流れる電流を検出するモータ電流検出部を有し、モータの動作を制御するモータ制御装置である。本モータ制御装置は、ＰＷＭスイッチング信号を出力するディジタル制御部と、ＰＷＭスイッチング信号による駆動電圧を巻線に印加する電力変換部と、巻線に流れる電流をアナログ電圧に変換するモータ電流検出部と、アナログ電圧を１ビットディジタル信号に変換するΔΣ型ＡＤコンバータと、１ビットディジタル信号からモータ電流検出値を生成するＡＤ変換間引きフィルタと、ΔΣ型ＡＤコンバータとＡＤ変換間引きフィルタとのクロックを生成するクロック生成部と、クロック生成部のクロックを所定の期間だけ停止させるクロック停止信号を生成する停止信号生成部とを備える。そして、停止信号生成部は、ＰＷＭスイッチング信号のタイミングに基づき、所定のパルス幅のクロック停止信号を生成し、クロック生成部がクロック停止信号を利用して、所定のパルス幅の期間だけクロックを停止させる。

Description

本発明は、ＰＷＭ制御により生成した駆動電圧をモータの巻線に印加し、流れる電流を制御することでモータの回転を自在にコントロールするモータ制御装置およびモータ制御方法に関し、特に、巻線への駆動電圧の印加により発生する電流値を検出する機能を備えたモータ制御装置およびその装置のモータ制御方法に関する。

ＦＡ（Ｆａｃｔｏｒｙ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ）で用いられるサーボモータでは、上位装置（上位コントローラ）からの駆動指令（位置指令）に追従するようにモータの位置・速度・トルクが制御される。そして、その制御演算装置として、マイクロプロセッサを用いたディジタル制御が広く使われている。モータのトルクを制御するため一般的に用いられるＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御方式では、モータの巻線に流れる電流（以下、モータ電流と呼ぶ）の電流値を検出して利用する手法がある。そして、この手法のディジタル制御では、一定の周期毎にモータ電流の電流値を検出し、電流指令値と一致するようにＰＩＤ制御（比例＋積分＋微分制御）などを用いて制御が行われる。サーボモータで使用される表面磁石構造の同期モータ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｍｏｔｏｒ）が出力するトルクは、モータ電流と比例関係にあるので、ＰＷＭ制御を利用しながらモータ電流の電流値が電流指令値と一致するように制御することで、モータから出力されるトルクを自在にコントロールすることができる。

図８は、従来例としてのインバータを含むモータ制御装置９０の構成図である。この従来のモータ制御装置９０は、モータ電流の電流値を検出するために、インバータである電力変換部９８とモータ３０の巻線との間に、電流検出抵抗９１を設けている。そして、モータ電流が流れることで電流検出抵抗９１の両端子間に生じる電圧を、ＡＤ（Ａｎａｌｏｇ−Ｄｉｇｉｔａｌ）変換部９５でディジタル変換し、そのディジタルデータＤｉをディジタル制御部９７に供給する。従来、このような構成により、モータ電流を検出することが一般的に行われている。最近では、ゲイン誤差やオフセットが発生しにくいという面から、ＡＤ変換部９５には、図８に示すように、ΔΣ（デルタシグマ）ＡＤ変換器９２を用いることが提案されている（例えば、特許文献１）。このようなＡＤ変換部９５は、例えば、ΔΣＡＤ変換器９２に加えて、ホトカップラ、ディジタルフィルタなども含む。

しかしながら、ＰＷＭ制御を利用してモータを駆動するような構成において、このΔΣＡＤ変換器は、ＰＷＭ制御に基づく漏れ電流の影響を受けやすいという問題がある。

すなわち、ＰＷＭ制御方式では、モータに印加する電圧をスイッチング素子のスイッチングにより制御するため、スイッチングの瞬間に漏れ電流が発生する。通常、漏れ電流は、筐体や配線などを通して接地している箇所へ流れる。ところが、その際にシャント抵抗を経由する漏れ電流が存在し、シャント抵抗の両端の電圧が漏れ電流によって変化する。そして、その電圧をΔΣ型ＡＤ変換器が１ビットディジタル信号に変換する。このため、ＡＤ変換間引きフィルタ後の電流検出値には、本来モータに流れていない不要な電流成分が含まれることになる。

そして、ディジタル制御では、不要な電流成分が外乱として処理され、外乱を打ち消すような電圧がモータに印加されるため、モータに不要なトルクが発生する。特に、モータに流れる電流が小さく、各相のスイッチングタイミングが重なりやすいサーボロック時や低速回転時には、漏れ電流の影響が相対的に大きくなる。このため、例えば本来はモータ出力軸が静止状態となるサーボロック時であっても、不要なトルクによるモータ出力軸の微振動が発生するという問題を有していた。

特開平７−１５９７２号公報

本発明のモータ制御装置は、３相の巻線を巻回したステータを備えるモータに対し、巻線に流れる電流を検出するモータ電流検出部を有し、モータの動作を制御するモータ制御装置である。本モータ制御装置は、上位装置からの動作指令とエンコーダからの位置情報と巻線に流れる電流値であるモータ電流検出値とによりＰＷＭスイッチング信号を出力するディジタル制御部と、ＰＷＭスイッチング信号に従いスイッチング素子をオン／オフすることで巻線に駆動電圧を印加する電力変換部と、駆動電圧により巻線に流れる電流をアナログ電圧に変換するモータ電流検出部と、アナログ電圧を１ビットのディジタル信号に変換するΔΣ型ＡＤコンバータと、１ビットのディジタル信号を多ビットのディジタル信号に変換してモータ電流検出値として出力するＡＤ変換間引きフィルタと、ΔΣ型ＡＤコンバータとＡＤ変換間引きフィルタとを動作させるためのクロックを生成するクロック生成部と、クロック生成部のクロックを所定の期間だけ停止させるクロック停止信号を生成する停止信号生成部とを備える。そして、停止信号生成部は、ＰＷＭスイッチング信号の信号変化のタイミングに基づき、所定のパルス幅のクロック停止信号を生成し、クロック生成部は、クロック停止信号を利用して、所定のパルス幅の期間だけ動作クロックを停止させる構成である。

また、本発明のモータ制御方法は、上位装置からの動作指令とエンコーダからの位置情報と巻線に流れる電流値であるモータ電流検出値とによりＰＷＭスイッチング信号を出力するディジタル制御部と、ＰＷＭスイッチング信号に従いスイッチング素子をオン／オフすることで巻線に駆動電圧を印加する電力変換部と、駆動電圧により巻線に流れる電流をアナログ電圧に変換するモータ電流検出部と、アナログ電圧を１ビットのディジタル信号に変換するΔΣ型ＡＤコンバータと、１ビットのディジタル信号を多ビットのディジタル信号に変換してモータ電流検出値として出力するＡＤ変換間引きフィルタと、ΔΣ型ＡＤコンバータとＡＤ変換間引きフィルタとを動作させるためのクロックを生成するクロック生成部と、クロック生成部のクロックを所定の期間だけ停止させるクロック停止信号を生成する停止信号生成部とを備え、３相の巻線を巻回したステータを備えるモータに対し、モータの動作を制御するモータ制御装置のモータ制御方法である。そして、本モータ制御方法は、ＰＷＭスイッチング信号の信号変化のタイミングに基づき、所定のパルス幅のクロック停止信号を生成し、クロック停止信号を利用して、所定のパルス幅の期間だけ動作クロックを停止させる。

よって、本モータ制御装置およびモータ制御方法によれば、ＰＷＭスイッチングによる漏れ電流による検出精度劣化を低減することができるので、モータに発生する不要なトルクが小さくなり、微振動を抑えることができる。

図１は、本発明の実施の形態１におけるモータ制御装置を含むモータ制御システムの構成図である。 図２は、同モータ制御装置におけるモータ電流の検出に使用するＡＤ変換部の動作を説明するための動作波形図である。 図３は、同モータ制御装置におけるＡＤ変換部の構成図である。 図４は、同モータ制御装置におけるクロック停止信号Ｓｔｐを生成するための他の構成例での動作波形図である。 図５は、同モータ制御装置におけるクロック停止信号Ｓｔｐを生成するためのさらに他の構成例での動作波形図である。 図６は、本発明の実施の形態２におけるモータ制御装置を含むモータ制御システムの構成図である。 図７は、同モータ制御装置を含むモータ制御システムの他の構成を示す構成図である。 図８は、従来例のモータ制御装置の構成図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、これらの実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるモータ制御装置を含むモータ制御システムの構成図であり、図２は、モータ電流の検出に使用するＡＤ変換部の動作を説明するための動作波形図である。

図１に示すように、本モータ制御システム１００は、上位装置３５の指令制御に従ってモータ制御装置１０がモータ３０の動作を制御するように構成されている。

上位装置３５は、例えばパーソナルコンピュータなどを利用して構成され、モータ制御装置１０に対して指令などにより制御する。上位装置３５とモータ制御装置１０とは制御バスラインなどを介して通信可能なように接続されており、上位装置３５からの指令がモータ制御装置１０に伝送されるとともに、モータ制御装置１０からの情報が上位装置３５へと伝送される。

図１のモータ３０は、効率や制御性の点から広く利用されている３相のブラシレスモータが好適である。この３相のブラシレスモータであるモータ３０は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相とする各相の巻線をステータコアに巻回したステータと、永久磁石を有したロータとを備えている。そして、モータ制御装置１０で生成した駆動電圧Ｖｄを、Ｕ相の巻線には駆動電圧ＶｄＵとし、Ｖ相の巻線には駆動電圧ＶｄＶとし、Ｗ相の巻線には駆動電圧ＶｄＷとして印加することで、ロータが回転する。また、ロータの回転位置を検出するため、ロータの近辺にはエンコーダ３１が配置されている。エンコーダ３１は、検出したロータの位置の情報を位置情報Ｓｅｎとしてモータ制御装置１０へ出力する。

次に、モータ制御装置１０は、モータ３０の回転動作を制御するためのディジタル制御部１７と、モータ３０の巻線を通電駆動するための電力変換部１８とに加えて、モータ電流を検出して処理するために、モータ電流検出部１１とＡＤ変換部１５と停止信号生成部１９とを備えている。

ディジタル制御部１７は、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）やマイクロコンピュータのソフトウェアあるいはＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）やＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）のロジック回路で構成されている。すなわち、ディジタル制御部（以下、適宜、単に制御部と呼ぶ）１７は、プログラムなどの処理手順を示すソフトウェアに従って各処理を実行するように構成されている。また、制御部１７は、処理する信号として、所定のビット数のデータを並べたデータ列で構成されるディジタル信号を主体にして処理している。

制御部１７には、上位装置３５から、位置、速度、トルクなどを指令する動作指令の情報などが伝送される。また、制御部１７は、モータ制御装置１０の情報などを上位装置３５へ伝送する。制御部１７は、このような情報を伝送する通信機能とともに、モータ３０の回転動作を制御し、モータ３０が所定の動きをするように例えば速度や位置などの動作制御を行う。

制御部１７のより具体的な処理の一例として、制御部１７は、フィードバック制御に基づき、次のような制御処理を実行する。制御部１７は、上位装置３５からの位置を指令する動作指令とエンコーダ３１の位置情報Ｓｅｎとで位置制御演算して速度指令を生成する。次に、制御部１７は、位置情報Ｓｅｎの微分により、モータ３０の実速度に対応するモータ速度値を算出し、モータ速度値と速度指令とから速度制御演算で電流指令を算出する。次に、制御部１７は、モータ電流検出部１１およびＡＤ変換部１５を介して得られたＵ相のモータ電流検出値ＤｉＵとＷ相のモータ電流検出値ＤｉＷと、算出した電流指令とから電流制御演算により各相の電圧指令を算出する。次に、算出した電圧指令によりＰＷＭ（パルス幅変調）することで、電力変換部１８をスイッチング駆動するためのＰＷＭスイッチング信号（以下、適宜、ＰＷＭ信号と呼ぶ）Ｐｗとして、Ｕ相のＰＷＭ信号ＰｗＵ、Ｖ相のＰＷＭ信号ＰｗＶ、およびＷ相のＰＷＭ信号ＰｗＷを出力する。

制御部１７は、具体的には次のようにして、ＰＷＭされたＰＷＭ信号Ｐｗを生成している。まず、制御部１７は、ＰＷＭを行うため、アップダウンカウンタを利用して、三角の波形のＰＷＭ三角波を生成している。そして、制御部１７は、ＰＷＭ三角波と電流制御演算で算出した電圧指令とを比較することで、ＰＷＭ信号Ｐｗを生成している。

図２の上段において、これらＰＷＭ三角波、電圧指令およびＰＷＭ信号Ｐｗ（ＰｗＵ、ＰｗＶ、ＰｗＷ）を示している。図２に示すように、ＰＷＭ三角波のレベルが順次増加する期間において、ＰＷＭ三角波のレベルが電圧指令のレベル以上となった時点で、ＰＷＭ信号Ｐｗはハイレベルからローレベルへと立下がる。そして、ＰＷＭ三角波のレベルが順次減少する期間において、ＰＷＭ三角波のレベルが電圧指令のレベル以下となった時点で、ＰＷＭ信号Ｐｗはローレベルからハイレベルへと立上がる。制御部１７は、このような動作を繰り返すことにより、電圧指令のレベルに応じたパルス幅、あるいはデューティ比のパルス列で構成されるＰＷＭ信号Ｐｗを相ごとに生成している。このようにして生成されたＰＷＭ信号Ｐｗが電力変換部１８に供給される。

電力変換部１８は、ディジタル制御部１７からのＰＷＭ信号Ｐｗを受けて駆動電圧Ｖｄを生成し、Ｕ相の駆動電圧ＶｄＵ、Ｖ相の駆動電圧ＶｄＶ、Ｗ相の駆動電圧ＶｄＷとして、モータ線を介してモータ３０のそれぞれの巻線にこれらの電圧を印加する。電力変換部１８は、いわゆるインバータであり、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）とダイオードなどとの電力素子で構成される。すなわち、電力変換部１８は、ＩＧＢＴのようなスイッチング素子を用いて、電源から供給された電圧をＰＷＭ信号Ｐｗに応じてスイッチング、すなわちオン／オフすることにより駆動電圧Ｖｄを生成している。最近では電力素子を駆動するためのプリドライブ回路を内蔵したＩＰＭ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｐｏｗｅｒ Ｍｏｄｕｌｅ）により、一体成型されたものがよく用いられる。

モータ電流検出部１１は、駆動電圧Ｖｄを巻線に印加したとき、その巻線に流れるモータ電流の電流量を検出し、電流検出信号Ｓｉとして出力する。具体的には、Ｕ相のモータ線とＷ相のモータ線とに流れるモータ電流をそれぞれ電圧に変換して、Ｕ相の電流検出信号ＳｉＵとＷ相の電流検出信号ＳｉＷとして出力する。モータ電流検出部１１は、モータ電流が小電流の場合はシャント抵抗、大電流の場合はＣＴ（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｒａｎｓｆｅｒ）が一般的に用いられる。モータ電流検出部１１が出力する電流検出信号Ｓｉは、ＡＤ変換部１５に供給される。

ＡＤ変換部１５としては、図１に示すように、Ｕ相の電流検出信号ＳｉＵが供給される第１のＡＤ変換部１５Ｕと、Ｗ相の電流検出信号ＳｉＷが供給される第２のＡＤ変換部１５Ｗとで構成される。また、ＡＤ変換部１５のそれぞれは、ΔΣ型ＡＤコンバータ１２とＡＤ変換間引きフィルタ１４とクロック生成部１３とで構成され、供給されたアナログ信号をディジタル信号に変換して出力する。特に、本実施の形態では、上述したようなΔΣ型のアナログ−ディジタル変換器であるΔΣ型ＡＤコンバータ（以下、適宜、単にＡＤコンバータと呼ぶ）１２を用いている。

図３は、このようなＡＤ変換部１５、および以下で詳細に説明する停止信号生成部１９の構成図である。

図３のＡＤ変換部１５において、まず、クロック生成部１３は、クロック発生器１３０と論理積ゲート１３１とを有している。クロック発生器１３０は、ＡＤコンバータ１２の変換周期を決める原クロックＣｋａを生成する。また、論理積ゲート１３１により、原クロックＣｋａとクロック停止信号Ｓｔｐとの論理積を取り、ＡＤ変換クロックＣｋｃとして出力する。なお、クロック停止信号Ｓｔｐの詳細については以下で説明する。また、原クロックＣｋａの周波数は、ディジタル制御部１７の電流制御で必要なＡＤ変換分解能とフィルタの間引きによる遅延の許容量で決めればよく、通常、数十ＭＨｚの周波数を使用する。

次に、ＡＤコンバータ１２は、例えば閾値と比較する比較器を有しており、供給された電流検出信号Ｓｉをその閾値と大小比較する。次に、ＡＤコンバータ１２は、その比較結果を二値に対応させることで、１ビットのディジタル信号に変換する。そして、ＡＤコンバータ１２は、その変換した１ビットディジタル信号を、ＡＤ変換クロックＣｋｃ毎にＡＤ変換信号ｄＳｉとして出力する。すなわち、ＡＤコンバータ１２から出力されるＡＤ変換信号ｄＳｉは、パルスで構成された信号であり、例えばその信号のハイとローのレベルが１ビットディジタル信号の１と０の値に対応している。このように、ΔΣ型ＡＤコンバータ１２は、入力されたアナログ電圧を１ビットのディジタル信号に変換する。

次に、ＡＤ変換間引きフィルタ（以下、適宜、間引きフィルタと呼ぶ）１４は、ｓｉｎｃフィルタと呼ばれる周波数特性がｓｉｎｃ関数のディジタルフィルタを構成しており、加算器を含む加算部１４０と減算器を含む減算部１４１とで構成される。加算部１４０は、ＡＤコンバータ１２から出力された１ビットのディジタル信号であるＡＤ変換信号ｄＳｉをＡＤ変換クロックＣｋｃ毎に加算器で積分することで、多ビットとなる加算データＤｓｉを生成している。この加算データＤｓｉのビット数が、ＡＤ変換部１５のＡＤ変換分解能に対応している。次に、ＡＤ変換クロック分周器１４２は、ＡＤ変換クロックＣｋｃを１／Ｎ（Ｎは２のｎ乗、ｎは整数）に分周した間引きクロックＣｋｎを生成する。すなわち、いわゆるオーバサンプリングクロックと呼ばれるＡＤ変換クロックＣｋｃの高クロックレートから所望の低クロックレートの間引きクロックＣｋｎに分周している。減算部１４１は、この間引きクロックＣｋｎ毎に動作し、加算データＤｓｉの前回値と今回値の差分を演算することで、ｓｉｎｃ関数となる周波数特性を得ている。このような加算部１４０と減算部１４１とで構成される間引きフィルタ１４により、ローパス特性のフィルタを実現しており、高周波ノイズをカットするとともに、所望の分解能のビット数に変換したフィルタ後のモータ電流検出値Ｄｉを生成する。

図１に戻り、このように第１のＡＤ変換部１５Ｕで生成されたモータ電流検出値ＤｉＵと、第２のＡＤ変換部１５Ｗで生成されたモータ電流検出値ＤｉＷとは、ディジタル制御部１７に供給される。ディジタル制御部１７は、供給されたモータ電流検出値ＤｉＵ、ＤｉＷを用いて電流制御演算を行い、それぞれの駆動電圧Ｖｄを生成するための電圧指令を算出している。

ところで、上述したように、モータ制御装置１０は、電源に接続されたスイッチング素子をスイッチングすることにより、巻線を駆動する駆動波形をＰＷＭパルスで擬似的に形成した駆動電圧Ｖｄを生成している。このため、スイッチングの瞬間に漏れ電流が発生し、この漏れ電流がＡＤ変換部１５にノイズなどとして影響し、その結果、モータ電流検出値ＤｉＵ、ＤｉＷの精度が劣化する可能性がある。そこで、本実施の形態では、漏れ電流の影響を抑制するため、図１で示すように、停止信号生成部１９をさらに備えている。本実施の形態では、この停止信号生成部１９が所定の期間だけＡＤ変換部１５の動作を停止させることで、漏れ電流の影響を抑制している。

図１および図３に示すように、停止信号生成部１９には、各相のＰＷＭ信号Ｐｗ（ＰｗＵ、ＰｗＶ、ＰｗＷ）が供給される。そして、停止信号生成部１９は、供給されたＰＷＭ信号Ｐｗのレベルが変化するエッジを利用して、所定のタイミングおよび所定のパルス幅のクロック停止信号Ｓｔｐを生成している。このクロック停止信号Ｓｔｐは、ＡＤ変換部１５それぞれに供給され、さらに、クロック生成部１３の論理積ゲート１３１の一方の入力に供給される。このような構成により、クロック停止信号Ｓｔｐがクロック停止を示すとき、論理積ゲート１３１を利用してクロック生成部１３からは原クロックＣｋａが出力されず、逆に、クロック停止信号Ｓｔｐがクロック停止を示さないとき、クロック生成部１３からは原クロックＣｋａがＡＤ変換クロックＣｋｃとして出力される。

より具体的には、図１〜図３において、クロック停止信号Ｓｔｐがローレベルのとき、クロック停止を示す一例を挙げている。まず、図１および図３に示すように、停止信号生成部１９には、Ｕ相のＰＷＭ信号ＰｗＵ、Ｖ相のＰＷＭ信号ＰｗＶ、およびＷ相のＰＷＭ信号ＰｗＷが供給される。そして、停止信号生成部１９は、図２に示すように、Ｕ相のＰＷＭ信号ＰｗＵ、Ｖ相のＰＷＭ信号ＰｗＶ、Ｗ相のＰＷＭ信号ＰｗＷのそれぞれのスイッチングタイミングから、例えばタイマやワンショット回路等を用いて、所定の期間だけローレベルとなるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各停止判定用信号Ｓｄを生成している。

図３に示す停止信号生成部１９の構成例では、Ｕ相のＰＷＭ信号ＰｗＵをタイマ１９１Ｕに入力して停止判定用信号ＳｄＵを出力し、Ｖ相のＰＷＭ信号ＰｗＶをタイマ１９１Ｖに入力して停止判定用信号ＳｄＶを出力し、Ｗ相のＰＷＭ信号ＰｗＷをタイマ１９１Ｗに入力して停止判定用信号ＳｄＷを出力している。また、この構成により、図２に示すように、ＰＷＭ信号Ｐｗの立下りおよび立上りのタイミングから、所定の期間として時間Ｔｓｊの期間だけ信号がローレベルとなるそれぞれの停止判定用信号Ｓｄを出力している。

そして、次に、論理判定回路１９２により、停止判定用信号ＳｄＵ、停止判定用信号ＳｄＶ、および停止判定用信号ＳｄＷの論理値を判定することでクロック停止信号Ｓｔｐを生成して出力する。さらに具体的には、図２では、論理判定回路１９２がそれら停止判定用信号ＳｄＵ、ＳｄＶおよびＳｄＷの論理和を取ることで、図２に示すようなクロック停止信号Ｓｔｐを生成して出力する例を示している。なお、時間Ｔｓｊはスイッチングによる漏れ電流の持続時間（一般に数μｓ）より長く設定すればよい。

次に、ＡＤ変換部１５のクロック生成部１３では、停止信号生成部１９からのクロック停止信号Ｓｔｐにより原クロックＣｋａの出力の有無が制御され、クロック停止期間を含むＡＤ変換クロックＣｋｃとして出力される。具体的な一例として、図２に示すように、クロック停止信号Ｓｔｐがローレベルの場合は、ＡＤ変換クロックＣｋｃと間引きクロックＣｋｎが停止し、ＡＤコンバータ１２と間引きフィルタ１４の動作も停止する。

以上、ＰＷＭスイッチング直後の所定の期間にＡＤ変換部１５の動作を停止させるような構成とすることにより、その期間に発生した漏れ電流による電流検出信号Ｓｉの検出精度劣化を低減することができる。そして、不要な成分の混入が抑制された電流検出信号Ｓｉが得られるので、モータに発生する不要なトルクが小さくなり、微振動を抑えることができる。

なお、以上の説明では各停止判定用信号Ｓｄの論理和を取ることでクロック停止信号Ｓｔｐを生成するような一例を挙げて説明したが、次のようにクロック停止信号Ｓｔｐを生成してもよい。

図４は、クロック停止信号Ｓｔｐを生成するための他の構成例での動作波形図であり、図４に示すクロック停止信号Ｓｔｐの波形となるような構成としてもよい。すなわち、図４に示すようなクロック停止信号Ｓｔｐは、論理判定回路１９２が少なくとも２相以上の停止判定用信号Ｓｄがローレベルとなる場合を判定し、その場合にクロック停止信号Ｓｔｐがローレベルとなるように構成している。

このような構成とすることによっても、ＰＷＭスイッチング直後の所定の期間にＡＤ変換部１５の動作を停止でき、その期間に発生した漏れ電流による電流検出信号Ｓｉの検出精度劣化を低減することができる。さらに、この構成によれば、クロック停止時間を拡げることができ、検出精度劣化の低減量を大きくできる。

図５は、クロック停止信号Ｓｔｐを生成するためのさらに他の構成例での動作波形図であり、図５に示すクロック停止信号Ｓｔｐの波形となるような構成としてもよい。すなわち、図５に示すようなクロック停止信号Ｓｔｐは、論理判定回路１９２がＵ相、Ｖ相、Ｗ相の停止判定用信号Ｓｄの論理積を取ることでクロック停止信号Ｓｔｐを生成するように構成している。

このような構成とすることによっても、ＰＷＭスイッチング直後の所定の期間にＡＤ変換部１５の動作を停止でき、その期間に発生した漏れ電流による電流検出信号Ｓｉの検出精度劣化を低減することができる。さらに、この構成によれば、モータ回転中に各相のスイッチングがばらついた場合でも漏れ電流による検出精度劣化を低減できる。

（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２におけるモータ制御装置を含むモータ制御システムの構成図である。図１に示した実施の形態１と異なるのは、停止信号生成部５９のクロック停止信号Ｓｔｐを生成するための構成であり、以下に説明する。なお、図１と同じ構成要素については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。

まず、背景技術で説明したように、モータ３０が停止状態となるサーボロック時や低速回転時のような低駆動のときには、漏れ電流の影響が相対的に大きくなる。このため、本実施の形態では、駆動状態に応じて、上述のようなＡＤ変換部１５の動作停止を制御する構成としている。

このような制御を行うため、本実施の形態では、ディジタル制御部１７から停止信号生成部５９には、Ｕ相のＰＷＭ信号ＰｗＵ、Ｖ相のＰＷＭ信号ＰｗＶ、およびＷ相のＰＷＭ信号ＰｗＷに加えて、現在制御している速度を示すモータ速度値Ｓｐｄが供給される。

停止信号生成部５９は、ディジタル制御部１７からのモータ速度値Ｓｐｄを監視し、あらかじめ決められた速度（速度閾値）以上になった場合は、クロック停止信号Ｓｔｐをハイレベルとし、速度閾値未満の場合は、実施の形態１で説明した停止判定信号によるクロック停止信号Ｓｔｐを出力する。このように、本実施の形態の図６の構成では、停止信号生成部５９は、モータ３０の速度が速度閾値未満と判定した場合のみ、漏れ電流の影響を受けやすい低駆動状態であると判断し、クロック停止信号Ｓｔｐによる所定の期間だけのクロック停止の制御を実行する。一方、停止信号生成部５９は、モータ３０の速度が速度閾値以上になると、このようなクロック停止の制御を解除する。なお、速度閾値はモータ電流に対するＰＷＭスイッチング信号による漏れ電流の影響が小さくなる速度とすればよく、数百ｒ／ｍｉｎとする。

図７は、本発明の実施の形態２におけるモータ制御装置を含むモータ制御システムの他の構成を示す構成図である。図７では、駆動状態に応じてＡＤ変換部１５の動作停止を制御する他の構成例を示している。図６との比較において、図７に示すモータ制御装置１０は、停止信号生成部６９を備えている。

このような制御を行うため、図７に示すモータ制御装置１０では、ディジタル制御部１７から停止信号生成部６９には、Ｕ相のＰＷＭ信号ＰｗＵ、Ｖ相のＰＷＭ信号ＰｗＶ、およびＷ相のＰＷＭ信号ＰｗＷに加えて、モータ電流検出値Ｄｉ（ＤｉＵ、ＤｉＷ）が供給される。

停止信号生成部６９は、Ｕ相のモータ電流検出値ＤｉＵもしくはＷ相のモータ電流検出値ＤｉＷの振幅値を監視し、あらかじめ決められた値（電流閾値）以上になった場合は、クロック停止信号Ｓｔｐをハイレベルとし、電流閾値未満の場合は、実施の形態１で説明した停止判定信号によりクロック停止信号Ｓｔｐを出力する。このように、本実施の形態の図７の構成では、停止信号生成部６９は、モータ３０の巻線に流す電流が電流閾値未満と判定した場合のみ、漏れ電流の影響を受けやすい低駆動状態であると判断し、クロック停止信号Ｓｔｐによる所定の期間だけのクロック停止の制御を実行する。一方、停止信号生成部６９は、巻線に流す電流が速度閾値を超えると、このようなクロック停止の制御を解除する。なお、モータ電流検出値Ｄｉについては、Ｕ相のモータ電流検出値ＤｉＵとＷ相のモータ電流検出値ＤｉＷからＶ相のモータ電流検出値を導出し、回転座標変換による直流値の大きさで判定してもよい。要するに、電流閾値は、モータ電流に対するＰＷＭスイッチング信号による漏れ電流の影響が小さくなる電流値とすればよく、モータ定格電流値の１０％〜２０％とする。

また、図６および図７の構成に代えて、モータ速度値Ｓｐｄ、モータ電流検出値Ｄｉの少なくともいずれか一方が閾値（速度閾値、電流閾値）以上になった場合はクロック停止信号ＳｔｐをＨレベルとし、閾値未満の場合は実施の形態１で説明した停止判定信号によりクロック停止信号Ｓｔｐを出力するように構成してもよい。

なお、以上の説明では、停止信号生成部１９、５９、６９をロジック回路等で構成するような構成例を挙げて説明したが、例えば、ソフトウェアによるモータ制御方法で実現することも可能である。すなわち、ＰＷＭスイッチング信号の信号変化のタイミングに基づき、所定のパルス幅のクロック停止信号を生成し、クロック停止信号を利用して、所定のパルス幅の期間だけクロックを停止させるモータ制御方法で実現してもよい。

以上のような構成とすることにより、漏れ電流の影響が大きくなるサーボロック時や低速回転時の検出精度劣化を低減できる。

本発明によれば、ΔΣ型ＡＤコンバータとＡＤ変換間引きフィルタでモータ電流を検出するモータ制御装置において、ＰＷＭスイッチングタイミングから生成したクロック停止信号に従いＡＤ変換クロックを停止させることで、ＰＷＭスイッチングによる漏れ電流による検出精度劣化を低減することができる。このため、モータに発生する不要なトルクが小さくなり、微振動を抑えることができるので、モータ電流を検出してモータ制御を行う制御装置として特に有効である。

１０，９０ モータ制御装置
１１ モータ電流検出部
１２ ΔΣ型ＡＤコンバータ
１３ クロック生成部
１４ ＡＤ変換間引きフィルタ
１５，１５Ｕ，１５Ｗ，９５ ＡＤ変換部
１７，９７ ディジタル制御部
１８，９８ 電力変換部
１９，５９，６９ 停止信号生成部
３０ モータ
３１ エンコーダ
３５ 上位装置
１００ モータ制御システム
１３０ クロック発生器
１３１ 論理積ゲート
１４０ 加算部
１４１ 減算部
１４２ ＡＤ変換クロック分周器
１９１Ｕ，１９１Ｖ，１９１Ｗ タイマ
１９２ 論理判定回路

Claims (6)

1. ３相の巻線を巻回したステータを備えるモータに対し、前記巻線に流れる電流を検出するモータ電流検出部を有し、前記モータの動作を制御するモータ制御装置であって、
   上位装置からの動作指令とエンコーダからの位置情報と前記巻線に流れる電流値であるモータ電流検出値とにより、ＰＷＭスイッチング信号を出力するディジタル制御部と、
   前記ＰＷＭスイッチング信号に従いスイッチング素子をオン／オフすることで前記巻線に駆動電圧を印加する電力変換部と、
   前記駆動電圧により前記巻線に流れる電流を、アナログ電圧に変換する前記モータ電流検出部と、
   前記アナログ電圧を１ビットのディジタル信号に変換するΔΣ型ＡＤコンバータと、
   前記１ビットのディジタル信号を多ビットのディジタル信号に変換し、前記モータ電流検出値として出力するＡＤ変換間引きフィルタと、
   前記ΔΣ型ＡＤコンバータと前記ＡＤ変換間引きフィルタとを動作させるためのクロックを生成するクロック生成部と、
   前記クロック生成部のクロックを所定の期間だけ停止させるクロック停止信号を生成する停止信号生成部とを備え、
   前記停止信号生成部は、前記ＰＷＭスイッチング信号の信号変化のタイミングに基づき、所定のパルス幅のクロック停止信号を生成し、
   前記クロック生成部は、前記クロック停止信号を利用して、前記所定のパルス幅の期間だけ前記クロックを停止させることを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記停止信号生成部は、前記ＰＷＭスイッチング信号の信号変化のタイミングからあらかじめ設定した時間までのパルス幅の停止判定用信号を相ごとに生成し、３相全ての前記停止判定用信号が重なる時に、前記クロック停止信号を出力し、前記クロックを停止させることを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記停止信号生成部は、前記ＰＷＭスイッチング信号の信号変化のタイミングからあらかじめ設定した時間までのパルス幅の停止判定用信号を相ごとに生成し、いずれか２相以上の前記停止判定用信号が重なる範囲で、前記クロック停止信号を出力し、前記クロックを停止させることを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
4. 前記停止信号生成部は、前記ＰＷＭスイッチング信号の信号変化のタイミングからあらかじめ設定した時間までのパルス幅の停止判定用信号を相ごとに生成し、いずれか１相以上の前記停止判定用信号が存在する場合に、前記クロック停止信号を出力し、前記クロックを停止させることを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
5. 前記停止信号生成部は、前記モータ電流検出値またはモータ速度値の少なくともいずれか一方があらかじめ設定した値以上になった時は停止判定用信号によらず前記クロックを出力することを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
6. 上位装置からの動作指令とエンコーダからの位置情報と巻線に流れる電流値であるモータ電流検出値とにより、ＰＷＭスイッチング信号を出力するディジタル制御部と、
   前記ＰＷＭスイッチング信号に従いスイッチング素子をオン／オフすることで前記巻線に駆動電圧を印加する電力変換部と、
   前記駆動電圧により前記巻線に流れる電流を、アナログ電圧に変換するモータ電流検出部と、
   前記アナログ電圧を１ビットのディジタル信号に変換するΔΣ型ＡＤコンバータと、
   前記１ビットのディジタル信号を多ビットのディジタル信号に変換し、前記モータ電流検出値として出力するＡＤ変換間引きフィルタと、
   前記ΔΣ型ＡＤコンバータと前記ＡＤ変換間引きフィルタとを動作させるためのクロックを生成するクロック生成部と、
   前記クロック生成部のクロックを所定の期間だけ停止させるクロック停止信号を生成する停止信号生成部とを備え、
   ３相の前記巻線を巻回したステータを備えるモータに対し、前記モータの動作を制御するモータ制御装置のモータ制御方法であって、
   前記ＰＷＭスイッチング信号の信号変化のタイミングに基づき、所定のパルス幅のクロック停止信号を生成し、
   前記クロック停止信号を利用して、前記所定のパルス幅の期間だけ前記クロックを停止させることを特徴とするモータ制御装置のモータ制御方法。

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