JP2003164187A - モータ制御におけるセンサシステム - Google Patents

モータ制御におけるセンサシステム

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弘 櫛原
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14Electronic commutators
    • H02P6/16Circuit arrangements for detecting position

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  • Power Engineering (AREA)
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  • Control Of Electric Motors In General (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、新たな別系統のセンサを用いるこ
となく、小型かつ低価格であり、信頼性及びダイナミッ
ク特性の高いモータ制御におけるフェイルセーフなセン
サシステムを提供することを目的とする。 【解決手段】 本発明のモータ制御におけるセンサシス
テムは、動作指令に従ってモータ(2)を駆動制御する駆
動制御回路(4)を備えるモータ駆動制御系において、前
記モータ(2)の回転角度を検出するレゾルバ(1)を有する
メイン角度検出手段(10)と、前記モータ(2)の逆起電力
に基づき前記モータ(2)の回転角度を推定するサブ角度
検出手段(11)とを備え、通常時は前記メイン角度検出手
段(10)で前記モータ(2)の回転角度を検出し、前記メイ
ン角度検出手段(10)の故障時には前記サブ角度検出手段
(11)で前記モータ(2)の回転角度を検出する構成であ
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、モータ制御におけ
るセンサシステムに関し、特に、新たな別系統のセンサ
を用いることなく、小型かつ低価格であり、信頼性及び
ダイナミック特性の高いモータ制御におけるフェイルセ
ーフなセンサシステムを提供できるようにするための新
規な改良に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、用いられていたこの種の装置とし
ては図2(a)に示すモータ制御用センサとしてのレゾ
ルバの構成が挙げられる。図2(a)において、符号1
で示されるものはブラシレスモータ2の回転角度を検出
するレゾルバであり、このレゾルバ1の角度信号1aは
R/D変換器3でデジタル変換され、ブラシレスモータ
2の駆動制御を行うサーボコントローラ4に入力されて
いた。このようにレゾルバ1で検出した回転角度を用い
てブラシレスモータ2を駆動制御していた。
【0003】また、図2(b)は、モータの逆起電圧を
用いて回転角度を推定する装置の構成を示す図である。
この図2(b)に示す構成では、ブラシレスモータ2か
ら検出した逆起電圧に基づいてブラシレスモータ2の回
転角度を推定し、この回転角度の推定値をサーボコント
ローラ4に入力してブラシレスモータ2を駆動制御して
いた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図2
(a)に示すレゾルバは、専らブラシレスモータ2の回
転制御用のセンサとして用いられているものであり、ダ
イナミック特性に着目してブラシレスモータ2の有効活
用を積極的に志向していたものではなかった。また、図
2(b)に示す構成におけるブラシレスモータ2の回転
角度の推定は、フェイルセーフ用の冗長系としての用途
には適しているが、負荷変動等により安定な回転が得ら
れず回転振動が大きくなるため滑らかな制御が極めて難
しいという課題や、停止または低速制御が困難であると
いう課題があり、メインの検出システムとして用いるに
は数多くの問題があった。
【0005】本発明は、以上のような課題を解決するた
めになされたもので、大義的には電気動力の普及によっ
て石油資源の削減に伴う地球環境の維持・改善であり、
特に、新たな別系統のセンサを用いることなく、小型か
つ低価格であり、信頼性及びダイナミック特性の高いモ
ータ制御におけるフェイルセーフなセンサシステムを提
供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明のモータ制御にお
けるセンサシステムは、動作指令に従ってモータを駆動
制御する駆動制御回路を備えるモータ駆動制御系におい
て、前記モータの回転角度を検出するレゾルバを有する
メイン角度検出手段と、前記モータの逆起電力に基づき
前記モータの回転角度を推定するサブ角度検出手段とを
備え、通常時は前記メイン角度検出手段で前記モータの
回転角度を検出し、前記メイン角度検出手段の故障時に
は前記サブ角度検出手段で前記モータの回転角度を検出
する構成であり、また、前記サブ角度検出手段は、前記
モータの逆起電圧を検出する逆起電圧検出手段と、逆起
電圧に基づいて前記モータの回転角度を推定する角度推
定手段とを備える構成である。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、図面と共に本発明によるレ
ゾルバ信号の演算処理装置の好適な実施の形態について
詳細に説明する。なお、従来装置と同一または同等部分
には同一符号を付し、その説明を省略する。
【0008】図1に示すように、本発明のモータ制御に
おけるセンサシステムは、メイン角度検出手段10とサ
ブ角度検出手段11とから構成される。メイン角度検出
手段10は、レゾルバ1及びR/D変換器3で構成さ
れ、レゾルバで検出した角度信号1aをR/D変換器3
でデジタル化してサーボコントローラ4に入力する。一
方、サブ角度検出手段11は、逆起電圧検出手段11A
及び角度推定手段11Bから構成されており、ブラシレ
スモータ2から検出した逆起電圧に基づいてブラシレス
モータ2の回転角度を推定し、この回転角度の推定値を
サーボコントローラ4に入力する。
【0009】このようなモータ制御におけるセンサシス
テムにおいて、通常時は、メイン角度検出手段10によ
りブラシレスモータ2の回転角度を検出して駆動制御を
行うが、メイン角度検出手段10の故障時には、サブ角
度検出手段11を用いてブラシレスモータ2の回転角度
を検出することにより、ブラシレスモータ2を駆動制御
する。
【0010】即ち、サブ角度検出手段11は、メイン角
度検出手段10の故障に対するフェイルセーフを確保す
るために冗長システムとして設けられている。レゾルバ
のように角度を直接検出する手段を有しない簡易なシス
テムを冗長システムとして設けることにより、レゾルバ
1を有するメインのセンサシステムに対するバックアッ
プシステムを容易に構成することができる。
【0011】また、レゾルバ1のように耐熱性の高いセ
ンサを使用することにより、大電流駆動に対応可能とな
り、モータの負荷率を上げることができると共に、特に
加速度特性等のダイナミック特性の優れたR/D変換器
と組合わせることにより、ダイナミック応答時や加速度
的な外乱負荷変動等に対しても、ダイナミックな角度検
出誤差に基づく制御効率低下を最小限に抑えることがで
きるため、モータを小型化することが可能となり、コン
パクトかつ低価格で信頼性の高いモータ制御システムを
提供することができる。
【0012】一般的に、レゾルバを用いてモータの回転
角度を検出する場合、エンコーダを用いる場合よりもモ
ータの制御効率が10%程低下する場合があることが知
られている。これは、R/D変換ダイナミック誤差(特
に加速度応答遅れ)が電気角で25°程度にまで及ぶ場
合があるからである。このような制御効率の低下から免
れるためには、暫定的な対策としてモータ自体を20%
程大きくする措置がある。しかし、これは大幅なコスト
アップを招き、さらにはモータの大型化や重量の増加を
招来する。
【0013】そこで、本発明では、ダイナミック特性
(変換誤差の速度依存性と加速性)に優れた安価なR/
D変換器をメイン角度検出手段10として用いている。
また、冗長系として、モータの逆起電圧から角度推定を
行うサブ角度検出手段11を用いてメイン角度検出手段
10をバックアップしている。このサブ角度検出手段1
1は、モータの逆起電圧に基づいて回転角度を推定する
ため、角度データの信頼性は低いが、非常時の緊急避難
的なバックアップを担うサブシステムとして、フェイル
セーフを確保するのには適している。
【0014】ここで、モータ制御効率ηは、η=COS
Δθ×100(%)で求めることができる。また、全電
気角度誤差Δθは、Δθ=A+B+Cと表すことがで
き、ここに、Aはシステム的な誤差であり、モータやレ
ゾルバの組み付け誤差、零点誤差等が含まれる。Bは検
出系の誤差であり、レゾルバ1やR/D変換器3の静止
誤差やダイナミック誤差(定速度追従遅れによる誤差や
加速度誤差によるもの)が含まれる。Cは、ドライブ系
の誤差であり、サーボコントローラ4の制御周期や時定
数に含まれる誤差である。
【0015】例えば、軸倍角が4Xのレゾルバを用いて
8極モータを制御する場合に、外乱衝撃等を想定する
と、前記Aは約4°、Bは約7.5°、Cは約12°で
あるから、前記全電気角誤差Δθは、Δθ=23.5°
になる。このときモータ制御効率η=COS(23.5
°)×100=91.7(%)となる。
【0016】従って、外乱衝撃等により、瞬時的にでは
あっても検出角度に大きな誤差を生じた場合、上述の例
では全電気角誤差Δθが23.5°あるためにモータ制
御効率が8.3%低下してしまう。このため、8.3%
の低下分を補うために電流を多く流して負荷率を上昇さ
せる必要があるので、モータの発熱(主に銅損)を抑え
るためには(1+0.083)2≒1.173より、約
17.3%大きなモータを使用しなければならないこと
になる。
【0017】これに対して本発明のモータ制御における
センサシステムでは、通常時はメイン角度検出手段10
でブラシレスモータ2の回転角度を検出し、メイン角度
検出手段10の故障時にはサブ角度検出手段11でブラ
シレスモータ2の回転角度を検出し、かつ前記Bに相当
するダイナミック特性に優れたR/D変換器を使用する
ことにより、ブラシレスモータ2の制御効率を上昇させ
ることができるので、モータ自体を大型化しなくても信
頼性及びダイナミック特性の高いモータ制御におけるフ
ェイルセーフなセンサシステムを提供することができ
る。
【0018】以上、本発明のモータ制御におけるセンサ
システムによれば、モータの効率的活用により、モータ
等の小型化を図ることができる。また、モータの小型化
等により、システム全体のコストを抑えることができ
る。また、レゾルバの使用により、システムの信頼性を
上げることができる。また、ダイナミック特性の優れた
R/D変換器を使用することにより、制御性が良くなる
と共に、外乱負荷変動に対して強いモータ制御における
センサシステムを提供することができる。さらに、新た
なセンサーを用いることなく、冗長性を有するセンサシ
ステムの構築が可能となり、センサの予期せぬ故障に対
するフェイルセーフを確保したモータ制御におけるセン
サシステムを提供することができる。
【0019】
【発明の効果】本発明のモータ制御におけるセンサシス
テムは、動作指令に従ってモータを駆動制御する駆動制
御回路を備えるモータ駆動制御系において、前記モータ
の回転角度を検出するレゾルバを有するメイン角度検出
手段と、前記モータの逆起電力に基づき前記モータの回
転角度を推定するサブ角度検出手段とを備え、通常時は
前記メイン角度検出手段で前記モータの回転角度を検出
し、前記メイン角度検出手段の故障時には前記サブ角度
検出手段で前記モータの回転角度を検出するので、小型
かつ低価格であり、信頼性及びダイナミック特性の高い
モータ制御におけるフェイルセーフなセンサシステムを
提供することができる。また、前記サブ角度検出手段
は、前記モータの逆起電圧を検出する逆起電圧検出手段
と、逆起電圧に基づいて前記モータの回転角度を推定す
る角度推定手段とを備えるので、システム全体のコスト
を抑えつつ、信頼性を向上させたモータ制御におけるフ
ェイルセーフなセンサシステムを提供することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のモータ制御におけるセンサシステムを
概略的に示す構成図である。
【図2】従来のモータ制御におけるセンサシステムを概
略的に示す構成図である。
【符号の説明】 1 レゾルバ 1a 角度信号 2 ブラシレスモータ 3 R/D変換器 4 サーボコントローラ 10 メイン角度検出手段 11 サブ角度検出手段 11A 逆起電圧検出手段 11B 角度推定手段

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 動作指令に従ってモータ(2)を駆動制御
    する駆動制御回路(4)を備えるモータ駆動制御系におい
    て、前記モータ(2)の回転角度を検出するレゾルバ(1)を
    有するメイン角度検出手段(10)と、前記モータ(2)の逆
    起電力に基づき前記モータ(2)の回転角度を推定するサ
    ブ角度検出手段(11)とを備え、通常時は前記メイン角度
    検出手段(10)で前記モータ(2)の回転角度を検出し、前
    記メイン角度検出手段(10)の故障時には前記サブ角度検
    出手段(11)で前記モータ(2)の回転角度を検出すること
    を特徴とするモータ制御におけるセンサシステム。
  2. 【請求項2】 前記サブ角度検出手段(11)は、前記モー
    タ(2)の逆起電圧を検出する逆起電圧検出手段(11A)と、
    逆起電圧に基づいて前記モータ(2)の回転角度を推定す
    る角度推定手段(11B)とを備えることを特徴とするモー
    タ制御におけるセンサシステム。
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