JP2004304948A - モータ電流検出回路 - Google Patents
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Abstract
【課題】低絶縁ですむ小型で低ワット数のモータ電流検出回路を提供する。
【解決手段】少なくとも２個のトランジスタを直列接続して成る直列接続回路１４１−１４４、１４２−１４５、１４３−１４６を複数個並列に接続し、直列接続回路を構成する２個のトランジスタの各接続点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３にモータ２のモータ巻線への給電線３が接続され、かつ直列接続回路の両端に直流母線Ｐ、Ｎが接続されたトランジスタブリッジにおいて、直列接続回路を構成する２個のトランジスタ１４１−１４４のうち低電圧側のトランジスタ１４４と低電位側直流母線Ｎとの間にシャント抵抗７１を挿入し、該シャント抵抗の検出値を電流制御部１３へ与えるようにした。
【選択図】 図１
【解決手段】少なくとも２個のトランジスタを直列接続して成る直列接続回路１４１−１４４、１４２−１４５、１４３−１４６を複数個並列に接続し、直列接続回路を構成する２個のトランジスタの各接続点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３にモータ２のモータ巻線への給電線３が接続され、かつ直列接続回路の両端に直流母線Ｐ、Ｎが接続されたトランジスタブリッジにおいて、直列接続回路を構成する２個のトランジスタ１４１−１４４のうち低電圧側のトランジスタ１４４と低電位側直流母線Ｎとの間にシャント抵抗７１を挿入し、該シャント抵抗の検出値を電流制御部１３へ与えるようにした。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＦＡ、ロボット等に使用するＡＣサーボモータの電流検出回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ＡＣサーボモータの電流検出は以下に述べるように種々のものがあった。
例えば、１つはモータへの電力線の途中にシャント抵抗を付けてモータ電流を測定するものである。図３はこのような従来第１回路である。
図において、１はＡＣサーボモータ用電源回路、２はモータである。ＡＣサーボモータ用電源回路１は、高圧側直流母線Ｐと低圧（接地）側直流母線Ｎとの間にそれぞれ接続される、平滑コンデンサ１１、抵抗１２ａ、１２ｂの直列接続回路から成る分圧抵抗１２、６個のトランジスタ１４１〜１４６で構成されるトランジスタ全波ブリッジ１４と、それにトランジスタのベース電流を制御する電流制御部１３で構成されている。
各々のトランジスタ１４１〜１４６には回生ダイオード１５が図の右下のトランジスタ１４６のように逆向きに並列接続されている（ただし、図では他のトランジスタ１４１〜１４５用の回生ダイオードは図面を見易くするために図示を省略している。）。
そして、モータ２への電力線３の途中にシャント抵抗４１、４２を付けてモータ電流を測定し、この値を電流制御部１３のＡ／Ｄ変換回路へ送っている。
電流制御部１３では、この値と、分割抵抗１２から得られる直流電源の入力電圧情報を基に各トランジスタ１４１〜１４６の所望の導通幅を演算し制御して、モータ２の速度制御を行っている。
【０００３】
また、モータへの電力線の途中にＣＴ（カレントトランス）を付けてモータ電流を測定するものもある。図４はこの従来第２回路である。
以下、各図において、従来第１回路と同じものについては説明を省略し、異なるものについて説明する。図４のサーボドライブでは、モータ２の電流を測定するために、モータ２の各相にカレントトランス５１、５２を付けてモータ電流を測定し、この値を電流制御部１３のＡ／Ｄ変換回路へ送っている。
電流制御部１３では、この値と、分割抵抗１２から得られる直流電源の入力電圧情報を基に各トランジスタ１４１〜１４６の所望の導通幅を演算し制御して、モータ２の速度制御を行っている。
【０００４】
さらに、特許文献１記載のように、母線電流を測定し大体のモータ電流を推測するものもある。図５はこの従来第３回路である。図５のサーボドライブでは、モータ２の電流を測定するために、ＡＣサーボモータ用電源回路１の低圧（接地）側直流母線Ｎに抵抗６を挿入し、この電圧降下分を電流制御部１３のＡ／Ｄ変換回路へ送って、モータ２の速度制御を行っている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−７５５９８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来第１回路にあっては、モータ線が浮動しているためシャント抵抗１３ａ、１３ｂを高絶縁する必要があり、コストが高くなり、信頼性にも問題があった。
従来第２回路にあっては、ＣＴは特性が悪く、形状が大きくて広い設置面積としかも重量が重くなり、また高価であると言う問題点があった。
また、従来第３回路にあっては、３相分の電流が抵抗Ｒ（６）に流れるので抵抗のワット数が大きくなると言う問題点があった。
本発明の目的はこのような課題を解決するもので、電流測定に当たっても絶縁のコストがかからない、かつ電流測定用抵抗のワット数が大きくないようなモータ電流検出回路を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載のモータ電流検出回路の発明は、少なくとも２個のトランジスタを直列接続して成る直列接続回路を複数個並列に接続し、前記直列接続回路を構成する２個のトランジスタの各接続点にモータ巻線への給電線が接続され、かつ前記直列接続回路の両端に直流母線が接続されたトランジスタブリッジにおける前記直列接続回路を構成する２個のトランジスタのうち低電圧側のトランジスタと低電位側直流母線との間にシャント抵抗を挿入し、該シャント抵抗の検出値を制御部へ与えるようにしたことを特徴とする。
請求項２記載の発明は、請求項１記載のモータ電流検出回路において、前記シャント抵抗が接続された特定のトランジスタがＯＮした時に、前記シャント抵抗の検出した電流検出値と前記直流母線間の主回路電圧とでモータの他の相に流れる電流を推測することを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項２記載のモータ電流検出回路において、前記シャント抵抗が接続された特定のトランジスタがＯＦＦした時に、前記シャント抵抗の検出した電流検出値と請求項１記載の検出値と前記直流母線間の主回路電圧とモータに流れる電流のｄｉ／ｄｔとからモータの他の相にも流れる電流を推測することを特徴とする。
以上のような構成にすることにより、ブリッジの１アームにあるトランジスタがＯＮしてベースから母線に流れる時、この電流をシャント抵抗で電圧に変換し、これをサンプリングして読みとり制御に用いることとなるので、高い絶縁を要せず、ＣＴのように場所をとらず、１相分の電流を測定するのでワット数も小さくてすむようになる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係るモータ電流検出回路を示している。
図において、１はＡＣサーボモータ用電源回路、２はモータである。ＡＣサーボモータ用電源回路１は高圧側直流母線Ｐと低圧（接地）側直流母線Ｎとの間に、それぞれ接続される、平滑コンデンサ１１、抵抗１２ａ、１２ｂの直列接続回路から成る分圧抵抗１２、６個のトランジスタ１４１〜１４６で構成されるトランジスタ全波ブリッジ１４と、それにトランジスタのベース電流を制御する電流制御部１３で構成されている。
各々のトランジスタ１４１〜１４６には回生ダイオード１５が図の右下のトランジスタ１４６のように逆向きに並列接続されている（ただし、図では他のトランジスタ１４１〜１４５用の回生ダイオードは図面を見易くするために図示を省略している。）。２個のトランジスタの直列接続回路１４１−１４４、１４２−１４５、１４３−１４６の各接続点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３にモータ２のモータ巻線への給電線３が接続されている。
そして本発明によって、特定のトランジスタ（図では低圧側の１アームのトランジスタ１４４）のエミッターと母線Ｎの間にシャント抵抗７１を付け、そのトランジスタ１４４のゲートの駆動に合わせて、シャント抵抗７１の検出する電流値をサンプルホールド回路７２でサンプリングし、電流制御部１３のＡ／Ｄ変換回路へ送っている。このサンプリングのタイミングはトランジスタ１４４のＯＮした時でもＯＦＦする時でもいずれでも良い。
【０００９】
図２は図１におけるトランジスタ１４４のゲートドライブ信号の波形（ＧＤ）と本発明によって用いられたシャント抵抗７１に流れる電流波形（Ｒ）の関係を示す図である。トランジスタ１４４がＯＦＦすると循環電流が逆向きに流れ、トランジスタと逆向きに付いたダイオード（図３の１５参照）を通してモータ２に電流が流れる。そこでシャント抵抗７１が接続されたトランジスタ１４４がＯＦＦした時に、トランジスタ１４４のエミッター（ソース）から低電位側直流母線Ｎに流れる電流をシャント抵抗を用いて検出した検出値と請求項１記載の検出値と直流母線ＰーＮ間の主回路電圧とからモータ２に流れる電流のｄｉ／ｄｔとを求め、この値からモータ２の他の相にも流れる電流を推測することができる。これらは事前にモータ２の特性等を計測し、データベースを保有することで、シャント抵抗７１で検出した電圧で、目的とするモータ２の各相の電流値を簡単に得ることができる。
このようにすることにより、高い絶縁を要せず、ＣＴのように場所をとらず、１相分の電流を測定するのでワット数も小さくてすむようになる。
【００１０】
【発明の効果】
以上のように、請求項１記載のモータ電流検出回路によれば、少なくとも２個のトランジスタを直列接続して成る直列接続回路を複数個並列に接続し、前記直列接続回路を構成する２個のトランジスタの各接続点にモータ巻線への給電線が接続され、かつ前記直列接続回路の両端に直流母線が接続されたトランジスタブリッジにおける前記直列接続回路を構成する２個のトランジスタのうち低電圧側のトランジスタと低電位側直流母線との間にシャント抵抗を挿入し、該シャント抵抗の検出値を制御部へ与えるようにし、具体的には、前記シャント抵抗が接続された特定のトランジスタがＯＮした時に、電流をシャント抵抗を用いて検出した電流検出値と前記直流母線間の主回路電圧とでモータの他の相に流れる電流を推測し、さらに前記シャント抵抗が接続された特定のトランジスタがＯＦＦした時に、該トランジスタのエミッター（ソース）から前記低電位側直流母線に流れる電流をシャント抵抗を用いて検出した検出値と請求項１記載の検出値と前記直流母線間の主回路電圧とからモータに流れる電流のｄｉ／ｄｔとを求め、この値からモータの他の相にも流れる電流を推測するようにしているので、高い絶縁を要せず、ＣＴのように場所をとらず、１相分の電流を測定するのでワット数も小さくてすむようになり、少ない部品と小型の抵抗でモータの電流を推測し制御することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るモータ電流検出回路を示している。
【図２】図１におけるトランジスタのゲートドライブ信号の波形と本発明によって用いられたシャント抵抗に流れる電流波形の関係を示す図である。
【図３】従来第１回路である。
【図４】従来第２回路である。
【図５】従来第３回路である。
【発明の属する技術分野】
本発明はＦＡ、ロボット等に使用するＡＣサーボモータの電流検出回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ＡＣサーボモータの電流検出は以下に述べるように種々のものがあった。
例えば、１つはモータへの電力線の途中にシャント抵抗を付けてモータ電流を測定するものである。図３はこのような従来第１回路である。
図において、１はＡＣサーボモータ用電源回路、２はモータである。ＡＣサーボモータ用電源回路１は、高圧側直流母線Ｐと低圧（接地）側直流母線Ｎとの間にそれぞれ接続される、平滑コンデンサ１１、抵抗１２ａ、１２ｂの直列接続回路から成る分圧抵抗１２、６個のトランジスタ１４１〜１４６で構成されるトランジスタ全波ブリッジ１４と、それにトランジスタのベース電流を制御する電流制御部１３で構成されている。
各々のトランジスタ１４１〜１４６には回生ダイオード１５が図の右下のトランジスタ１４６のように逆向きに並列接続されている（ただし、図では他のトランジスタ１４１〜１４５用の回生ダイオードは図面を見易くするために図示を省略している。）。
そして、モータ２への電力線３の途中にシャント抵抗４１、４２を付けてモータ電流を測定し、この値を電流制御部１３のＡ／Ｄ変換回路へ送っている。
電流制御部１３では、この値と、分割抵抗１２から得られる直流電源の入力電圧情報を基に各トランジスタ１４１〜１４６の所望の導通幅を演算し制御して、モータ２の速度制御を行っている。
【０００３】
また、モータへの電力線の途中にＣＴ（カレントトランス）を付けてモータ電流を測定するものもある。図４はこの従来第２回路である。
以下、各図において、従来第１回路と同じものについては説明を省略し、異なるものについて説明する。図４のサーボドライブでは、モータ２の電流を測定するために、モータ２の各相にカレントトランス５１、５２を付けてモータ電流を測定し、この値を電流制御部１３のＡ／Ｄ変換回路へ送っている。
電流制御部１３では、この値と、分割抵抗１２から得られる直流電源の入力電圧情報を基に各トランジスタ１４１〜１４６の所望の導通幅を演算し制御して、モータ２の速度制御を行っている。
【０００４】
さらに、特許文献１記載のように、母線電流を測定し大体のモータ電流を推測するものもある。図５はこの従来第３回路である。図５のサーボドライブでは、モータ２の電流を測定するために、ＡＣサーボモータ用電源回路１の低圧（接地）側直流母線Ｎに抵抗６を挿入し、この電圧降下分を電流制御部１３のＡ／Ｄ変換回路へ送って、モータ２の速度制御を行っている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−７５５９８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来第１回路にあっては、モータ線が浮動しているためシャント抵抗１３ａ、１３ｂを高絶縁する必要があり、コストが高くなり、信頼性にも問題があった。
従来第２回路にあっては、ＣＴは特性が悪く、形状が大きくて広い設置面積としかも重量が重くなり、また高価であると言う問題点があった。
また、従来第３回路にあっては、３相分の電流が抵抗Ｒ（６）に流れるので抵抗のワット数が大きくなると言う問題点があった。
本発明の目的はこのような課題を解決するもので、電流測定に当たっても絶縁のコストがかからない、かつ電流測定用抵抗のワット数が大きくないようなモータ電流検出回路を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載のモータ電流検出回路の発明は、少なくとも２個のトランジスタを直列接続して成る直列接続回路を複数個並列に接続し、前記直列接続回路を構成する２個のトランジスタの各接続点にモータ巻線への給電線が接続され、かつ前記直列接続回路の両端に直流母線が接続されたトランジスタブリッジにおける前記直列接続回路を構成する２個のトランジスタのうち低電圧側のトランジスタと低電位側直流母線との間にシャント抵抗を挿入し、該シャント抵抗の検出値を制御部へ与えるようにしたことを特徴とする。
請求項２記載の発明は、請求項１記載のモータ電流検出回路において、前記シャント抵抗が接続された特定のトランジスタがＯＮした時に、前記シャント抵抗の検出した電流検出値と前記直流母線間の主回路電圧とでモータの他の相に流れる電流を推測することを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項２記載のモータ電流検出回路において、前記シャント抵抗が接続された特定のトランジスタがＯＦＦした時に、前記シャント抵抗の検出した電流検出値と請求項１記載の検出値と前記直流母線間の主回路電圧とモータに流れる電流のｄｉ／ｄｔとからモータの他の相にも流れる電流を推測することを特徴とする。
以上のような構成にすることにより、ブリッジの１アームにあるトランジスタがＯＮしてベースから母線に流れる時、この電流をシャント抵抗で電圧に変換し、これをサンプリングして読みとり制御に用いることとなるので、高い絶縁を要せず、ＣＴのように場所をとらず、１相分の電流を測定するのでワット数も小さくてすむようになる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係るモータ電流検出回路を示している。
図において、１はＡＣサーボモータ用電源回路、２はモータである。ＡＣサーボモータ用電源回路１は高圧側直流母線Ｐと低圧（接地）側直流母線Ｎとの間に、それぞれ接続される、平滑コンデンサ１１、抵抗１２ａ、１２ｂの直列接続回路から成る分圧抵抗１２、６個のトランジスタ１４１〜１４６で構成されるトランジスタ全波ブリッジ１４と、それにトランジスタのベース電流を制御する電流制御部１３で構成されている。
各々のトランジスタ１４１〜１４６には回生ダイオード１５が図の右下のトランジスタ１４６のように逆向きに並列接続されている（ただし、図では他のトランジスタ１４１〜１４５用の回生ダイオードは図面を見易くするために図示を省略している。）。２個のトランジスタの直列接続回路１４１−１４４、１４２−１４５、１４３−１４６の各接続点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３にモータ２のモータ巻線への給電線３が接続されている。
そして本発明によって、特定のトランジスタ（図では低圧側の１アームのトランジスタ１４４）のエミッターと母線Ｎの間にシャント抵抗７１を付け、そのトランジスタ１４４のゲートの駆動に合わせて、シャント抵抗７１の検出する電流値をサンプルホールド回路７２でサンプリングし、電流制御部１３のＡ／Ｄ変換回路へ送っている。このサンプリングのタイミングはトランジスタ１４４のＯＮした時でもＯＦＦする時でもいずれでも良い。
【０００９】
図２は図１におけるトランジスタ１４４のゲートドライブ信号の波形（ＧＤ）と本発明によって用いられたシャント抵抗７１に流れる電流波形（Ｒ）の関係を示す図である。トランジスタ１４４がＯＦＦすると循環電流が逆向きに流れ、トランジスタと逆向きに付いたダイオード（図３の１５参照）を通してモータ２に電流が流れる。そこでシャント抵抗７１が接続されたトランジスタ１４４がＯＦＦした時に、トランジスタ１４４のエミッター（ソース）から低電位側直流母線Ｎに流れる電流をシャント抵抗を用いて検出した検出値と請求項１記載の検出値と直流母線ＰーＮ間の主回路電圧とからモータ２に流れる電流のｄｉ／ｄｔとを求め、この値からモータ２の他の相にも流れる電流を推測することができる。これらは事前にモータ２の特性等を計測し、データベースを保有することで、シャント抵抗７１で検出した電圧で、目的とするモータ２の各相の電流値を簡単に得ることができる。
このようにすることにより、高い絶縁を要せず、ＣＴのように場所をとらず、１相分の電流を測定するのでワット数も小さくてすむようになる。
【００１０】
【発明の効果】
以上のように、請求項１記載のモータ電流検出回路によれば、少なくとも２個のトランジスタを直列接続して成る直列接続回路を複数個並列に接続し、前記直列接続回路を構成する２個のトランジスタの各接続点にモータ巻線への給電線が接続され、かつ前記直列接続回路の両端に直流母線が接続されたトランジスタブリッジにおける前記直列接続回路を構成する２個のトランジスタのうち低電圧側のトランジスタと低電位側直流母線との間にシャント抵抗を挿入し、該シャント抵抗の検出値を制御部へ与えるようにし、具体的には、前記シャント抵抗が接続された特定のトランジスタがＯＮした時に、電流をシャント抵抗を用いて検出した電流検出値と前記直流母線間の主回路電圧とでモータの他の相に流れる電流を推測し、さらに前記シャント抵抗が接続された特定のトランジスタがＯＦＦした時に、該トランジスタのエミッター（ソース）から前記低電位側直流母線に流れる電流をシャント抵抗を用いて検出した検出値と請求項１記載の検出値と前記直流母線間の主回路電圧とからモータに流れる電流のｄｉ／ｄｔとを求め、この値からモータの他の相にも流れる電流を推測するようにしているので、高い絶縁を要せず、ＣＴのように場所をとらず、１相分の電流を測定するのでワット数も小さくてすむようになり、少ない部品と小型の抵抗でモータの電流を推測し制御することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るモータ電流検出回路を示している。
【図２】図１におけるトランジスタのゲートドライブ信号の波形と本発明によって用いられたシャント抵抗に流れる電流波形の関係を示す図である。
【図３】従来第１回路である。
【図４】従来第２回路である。
【図５】従来第３回路である。
Claims (3)
- 少なくとも２個のトランジスタを直列接続して成る直列接続回路を複数個並列に接続し、前記直列接続回路を構成する２個のトランジスタの各接続点にモータ巻線への給電線が接続され、かつ前記直列接続回路の両端に直流母線が接続されたトランジスタブリッジにおける前記直列接続回路を構成する２個のトランジスタのうち低電圧側のトランジスタと低電位側直流母線との間にシャント抵抗を挿入し、該シャント抵抗の検出値を制御部へ与えるようにしたことを特徴とするモータ電流検出回路。
- 前記シャント抵抗が接続された特定のトランジスタがＯＮした時に、前記シャント抵抗の検出した電流検出値と前記直流母線間の主回路電圧とでモータの他の相に流れる電流を推測することを特徴とする請求項１記載のモータ電流検出回路。
- 前記シャント抵抗が接続された特定のトランジスタがＯＦＦした時に、前記シャント抵抗の検出した電流検出値と請求項１記載の検出値と前記直流母線間の主回路電圧とモータに流れる電流のｄｉ／ｄｔとからモータの他の相にも流れる電流を推測することを特徴とする請求項２記載のモータ電流検出回路。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003096523A JP2004304948A (ja) | 2003-03-31 | 2003-03-31 | モータ電流検出回路 |
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|---|---|---|---|
| JP2003096523A JP2004304948A (ja) | 2003-03-31 | 2003-03-31 | モータ電流検出回路 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004304948A true JP2004304948A (ja) | 2004-10-28 |
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| Country | Link |
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| JP (1) | JP2004304948A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109212294A (zh) * | 2017-06-30 | 2019-01-15 | 日本电产三协株式会社 | 电路基板及电动机控制装置 |
-
2003
- 2003-03-31 JP JP2003096523A patent/JP2004304948A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109212294A (zh) * | 2017-06-30 | 2019-01-15 | 日本电产三协株式会社 | 电路基板及电动机控制装置 |
| CN109212294B (zh) * | 2017-06-30 | 2021-02-26 | 日本电产三协株式会社 | 电路基板及电动机控制装置 |
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