JP2001223126A - 電流検出器およびそれを用いたモータ制御装置 - Google Patents

電流検出器およびそれを用いたモータ制御装置

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JP2001223126A
JP2001223126A JP2000032917A JP2000032917A JP2001223126A JP 2001223126 A JP2001223126 A JP 2001223126A JP 2000032917 A JP2000032917 A JP 2000032917A JP 2000032917 A JP2000032917 A JP 2000032917A JP 2001223126 A JP2001223126 A JP 2001223126A
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JP2000032917A
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Yasuhide Hisamoto
安英 久本
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 1種類の電流検出器で、モータ駆動条件によ
り最適な電流検出特性を得てモータ動作の向上を図るこ
とができるモータ制御装置を提供することを目的とす
る。 【解決手段】 コア11内の磁束密度は、巻線12の巻
数と巻線に流れる電流値の積に比例するため、タップ出
力(巻数)を切り替えることで、大電流時と低電流時の
コア内の磁束密度差を小さくすることができる。また、
巻数の決定は、コア11の飽和磁束にできるだけ近い値
になるように決定すればよく、ホール素子15の出力電
圧も高い値が得られ、オフセットの影響を小さくでき
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電流検出器および
それを用いて出力電流を検出し、フィードバック制御を
行うモータ制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の電流検出器は、図3に示すよう
に、コア31に巻いた巻線32に電流を通電することで
コア31に磁束を発生させ、コア31のスリット間に配
置したホール素子33で電圧出力に変換しその電圧を増
幅器34で増幅して出力するものであった。
【0003】また、出力電流を検出しフィードバック制
御を行うモータ制御装置は、図4に示すように、その特
性を最大限に発揮するため、所要の出力電流ごとに最適
な電流検出器42を用いていた。なお、41はインバー
タ、43はモータ、44はA/D変換器である。
【0004】モータ制御装置の電流検出特性は、その分
解能とオフセット特性が重要であり、所要の最大電流時
に最大電圧を出力するように設定することで検出分解能
を高め、またコアの磁束を最大限に高めホール素子の検
出電圧の増幅率を低くすることで出力電圧に対するオフ
セットの影響の低減を実現していた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の構成の電流検出器では、検出する最大電流時に最大
出力電圧としなくてはならないため、低電流検出時の出
力電圧は小さく電流検出の分解能が低くなり、その結
果、モータ制御装置においては、低電流出力時の電流制
御分解能の低下によりモータトルク制御性の低下という
問題があった。
【0006】また、低電流検出時の出力電圧に対するホ
ール素子自体がもつオフセット電圧の影響が大きく、そ
の結果、低電流出力時に電流検出器のオフセットの影響
が大きくなり、モータのトルクリップルが発生するなど
の問題があった。
【0007】さらに、駆動対象モータの定格出力別に最
適な電流検出器を使用しなければならず、機種数が増大
するという問題があった。
【0008】本発明はこのような従来の課題を解決する
ものであり、1種類の電流検出器でモータ駆動条件によ
り最適な電流検出特性を得てモータ動作の向上を図るこ
とができるモータ制御装置を提供することを目的とす
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、磁性体のコアと巻線とホール素子を備える
電流検出器において、前記巻線に少なくとも1個以上の
中間タップ出力をもつことを特徴とする電流検出器であ
り、また、1個以上の中間タップ出力をもつ電流検出器
のタップ出力を切替手段で切り替えることで、出力電流
の相違に対しても電流検出器の共用化を図るモータ制御
装置である。
【0010】
【発明の実施の形態】上記の課題を解決するために本発
明は、磁性体のコアと巻線とホール素子を備える電流検
出器において、前記巻線に少なくとも1個以上の中間タ
ップ出力をもつことを特徴とする電流検出器である。
【0011】また、中間タップ出力は、巻線の途中から
タップ線を引き出すことで実現する請求項1記載の電流
検出器である。
【0012】また、中間タップ出力は、あらかじめ巻線
された複数のボビンをコアに挿入し、それぞれの接続部
を外部に引き出すことで実現する請求項1記載の電流検
出器。
【0013】また、1個以上の中間タップ出力をもつ電
流検出器のタップ出力を切替手段で切り替えることで、
モータ動作を向上させるモータ制御装置である。
【0014】また、モータ動作の向上は、切替手段によ
り低電流時においてもコアの磁束を高くし、ホール素子
の出力電圧を大きくすることで電流の検出分解能を高め
る請求項4記載のモータ制御装置である。
【0015】また、モータ動作の向上は、切替手段によ
り低電流時においてもコアの磁束を高くし、出力電圧に
対するホール素子のオフセットの影響を低減する請求項
4記載のモータ制御装置である。
【0016】さらに、1個以上の中間タップ出力をもつ
電流検出器のタップ出力を切替手段で切り替えること
で、出力電流の相違に対しても電流検出器の共用化を図
るモータ制御装置である。
【0017】このように、1個以上の中間タップ出力を
備えることで1つの電流検出器に複数の電流検出機能を
もたせることができる。
【0018】また、中間タップ出力は巻線の途中からで
も、あらかじめ巻いた複数の巻線を結線しても得られ
る。
【0019】また、モータ制御装置に用い、中間タップ
出力を切替手段で切り替えれば、低電流時のモータ制御
装置の電流分解能を向上させモータトルク制御性を向上
させることができ、また、オフセット特性の向上により
モータのトルクリップルを低減することができる。
【0020】さらに、モータの定格出力別に必要であっ
た電流検出器の部品共用化を図ることができる。
【0021】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
【0022】(実施例1)図1において、11は磁性体
のコア、12は巻線、13は巻線12の途中に設けた中
間タップ出力で大電流時のタップ出力端子、14は巻線
12の終端で低電流時のタップ出力端子、15はコアの
磁束密度を検出し電圧出力するホール素子、16は微小
なホール素子出力電圧を増幅する増幅器である。
【0023】コア11内の磁束密度は、巻線12の巻数
と巻線12に流れる電流値の積に比例するため、巻数を
タップ出力端子13、14を切り替えることで、大電流
時と低電流時のコア内の磁束密度差を抑制することがで
きる。また、巻数の決定は、コア11の飽和磁束にでき
るだけ近い値になるように決定すればホール素子15の
出力電圧も高い値が得られ、増幅器16の増幅率を小さ
くできるのでオフセットの影響も小さくできる。
【0024】なお、図示はしないが、中間タップ出力は
巻線の途中からタップ線で引き出してもよく、また、大
電流時の巻数と低電流時の巻数をあらかじめ別々のコイ
ルボビンに巻き、コア11に挿入後、結線して中間タッ
プ出力を端子またはタップ線で引き出して構成してもよ
く、中間タップ出力は1個に限らず2個以上としてもよ
い。
【0025】このように、中間タップ出力を1個以上設
けることで、2つ以上の電流検出機能をもたせることが
できる。
【0026】(実施例2)図2において、21は直流電
圧を交流出力にPWM変調を行うインバータ回路、22
はモータ電流を検出し電圧出力する電流検出器、23は
モータ、24は検出電圧をマイコンなどで処理するため
にデジタル値に変換するA/D変換器、25は切替手段
で、中間タップ出力端子とタップ出力端子を切り替える
リレーや半導体などのスイッチ、26は大電流時と低電
流時にタップ出力端子を切り替えるタップ切替信号であ
る。通常、電流検出器22は3相の内、2つの相(図で
はU、W相)に設けてモータの電流を検出する。
【0027】上記の構成において、モータ23の加速時
などモータ制御装置の出力電流が大きい場合は、タップ
切替信号26は、コアの巻線数の少ない大電流時の中間
タップ出力端子を選択する信号を切替手段25に送る。
モータ23が低速で動作する時などモータ制御装置の出
力電流が小さい場合は、タップ切替信号26は、コアの
巻数が多くなる低電流時のタップ出力端子を選択する信
号を切替手段25に送り切り替える。
【0028】これにより、モータ制御装置の大電流出力
時も低電流出力時もコアの磁束は常に高い状態となり、
ホール素子の出力電圧も高い値が得られる。
【0029】仮に中間タップ出力の切り替えを行わず、
モータ制御装置の大電流出力時も低電流出力時も同じ大
電流時の中間タップ出力端子を使用した場合は、低電流
出力時にホール素子の出力電圧が低く、ホール素子自体
がもつオフセット電圧が出力電圧に占める割合が大きく
なり、中間タップ出力の切り替えをした場合より出力へ
のオフセットの影響が大きくなる。
【0030】例えば、モータ制御装置の大電流出力を1
0A、低電流出力を1Aとし、大電流時の中間タップ出
力端子を選んだ場合の巻数を10ターン、低電流時のタ
ップ出力端子を選んだ場合の巻数を100ターンとし、
ホール素子自体がもつオフセット電圧を0.1mV、そ
の後段の増幅器の増幅率を100倍とすると電流検出器
のオフセット出力電圧は10mVとなる。ホール素子は
100ATで50mV出力するものとすると、大電流出
力時の10A時に電流検出器の出力電圧は5Vとなり、
その時のオフセットの影響は0.2%である。
【0031】中間タップ出力を切り替えないで、低電流
出力時の1Aを通電すると電流検出器の出力電圧は0.
5Vとなるが、オフセット電圧は10mVのままである
ため、検出出力電圧に対するオフセットの影響は10倍
の2%となってしまう。
【0032】このとき中間タップ出力から低電流出力時
(1A)に100ターンのタップ出力端子を選択する
と、コアの磁束は大電流出力時と同じ100ATとなる
ため、オフセットの影響も同じ0.2%にすることがで
きる。
【0033】なお、この効果はホール素子自体がもつオ
フセット電圧だけでなく、温度によるオフセット電圧の
変動に対しても同様の改善効果を得ることができる。
【0034】また、従来例に駆動条件によって電流検出
器出力にさらに増幅器を用いてその増幅率を大電流時と
低電流時に切り替え、低電流時の電流分解能を高める方
法もあるが、この場合、ホール素子自体のオフセット電
圧まで増幅するためオフセットの影響を下げることはで
きない。
【0035】(実施例3)図2において、モータ23の
定格容量が違う場合、モータ制御装置の定格出力電流は
それぞれ違った値となる。通常は実施例2で説明したと
おり、電流検出器22のオフセットの影響を最小限に抑
えるために、それぞれモータの最大電流時に電流検出器
22のコアの飽和磁束に近くなるように巻数を設定す
る。
【0036】ここで、電流検出器22の中間タップ出力
端子を利用し、モータ23の定格容量別にタップ切替信
号26で予め巻数を最適に設定すれば、同じ1個の電流
検出器22で複数の定格容量のモータに対応が可能とな
る。
【0037】例えば、200Wのモータ最大電流を5
A、400Wのモータ最大電流を10Aとした時、コア
の飽和磁束を100ATとすると、大電流時の中間タッ
プ出力端子を選んだ場合の巻数を10ターン、低電流時
のタップ出力端子を選んだ場合の巻数を20ターンと
し、タップ切替信号26で電源投入時など予め最適なタ
ップ出力端子を選択しておくことで、1個の同じ電流検
出器でありながら、違ったモータ定格に対し同じ電流検
出特性をもたすことが可能となる。
【0038】なお、切替手段を、あらかじめ導体パター
ンやリード線で電流検出器のタップ出力端子間(中間タ
ップ出力端子とタップ出力端子間または巻始めと中間タ
ップ出力端子間など)を選択してショートさせることで
複数の電流検出機能の内の1つを選択させてもよく、こ
の場合はタップ切替信号は不要となる。
【0039】これにより、電流検出器の共用化が図れ、
ひいてはモータ制御機器の共用化、標準化が可能とな
る。
【0040】
【発明の効果】上記実施例から明らかなように、請求項
1から3記載の発明によれば、中間タップ出力を1個以
上設けることで、複数の電流検出機能を実現できる。
【0041】また、請求項4から6記載の発明によれ
ば、電流検出器のタップ出力を切り替えるもので、電流
検出分解能の向上が図れ、モータのトルク制御性の向上
が可能となる。また、オフセットの影響を最小限に抑え
ることができモータのトルクリップルを低減が可能とな
る。
【0042】さらに、請求項7記載の発明によれば、1
種類の電流検出器でモータの出力定格の相違に対しタッ
プ出力を選択することにより、電流検出器の共用化を図
ることができる。
【0043】このように、高速動作が必要とされる加速
時の大電流出力を維持しつつ、低速で小さなトルクリッ
プルが必要とされる低電流出力時においても電流検出分
解能を確保しオフセットの影響を抑制できるもので、1
種類の電流検出器から複数の機能を選択して切り替える
もので、モータ駆動条件により最適な電流検出特性を得
てモータ動作の向上を図ることができるモータ制御装置
を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例における電流検出器の構成図
【図2】本発明の実施例におけるモータ制御装置の電流
検出部の回路ブロック図
【図3】従来の電流検出器の構成図
【図4】従来のモータ制御装置の電流検出部の回路ブロ
ック図
【符号の説明】
11 コア 12 巻線 13 中間タップ出力 15 ホール素子 22 電流検出器 23 モータ 25 切替手段

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 磁性体のコアと巻線とホール素子を備え
    る電流検出器において、前記巻線に少なくとも1個以上
    の中間タップ出力をもつことを特徴とする電流検出器。
  2. 【請求項2】 中間タップ出力は、巻線の途中からタッ
    プ線を引き出すことで実現する請求項1記載の電流検出
    器。
  3. 【請求項3】 中間タップ出力は、あらかじめ巻線され
    た複数のボビンをコアに挿入し、それぞれの接続部を外
    部に引き出すことで実現する請求項1記載の電流検出
    器。
  4. 【請求項4】 1個以上の中間タップ出力をもつ電流検
    出器のタップ出力を切替手段で切り替えることで、モー
    タ動作を向上させるモータ制御装置。
  5. 【請求項5】 モータ動作の向上は、切替手段により低
    電流時においてもコアの磁束を高くし、ホール素子の出
    力電圧を大きくすることで電流の検出分解能を高める請
    求項4記載のモータ制御装置。
  6. 【請求項6】 モータ動作の向上は、切替手段により低
    電流時においてもコアの磁束を高くし、出力電圧に対す
    るホール素子のオフセットの影響を低減する請求項4記
    載のモータ制御装置。
  7. 【請求項7】 1個以上の中間タップ出力をもつ電流検
    出器のタップ出力を切替手段で切り替えることで、出力
    電流の相違に対しても電流検出器の共用化を図るモータ
    制御装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003270276A (ja) * 2002-03-06 2003-09-25 Hyundai Motor Co Ltd 電気車両のバッテリーシステム用電流測定システム
EP1387483A3 (en) * 2002-08-01 2006-06-07 Fanuc Ltd Motor control apparatus

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2003270276A (ja) * 2002-03-06 2003-09-25 Hyundai Motor Co Ltd 電気車両のバッテリーシステム用電流測定システム
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