JP2008005596A - 電流検出装置およびモータ制御装置、並びに電流検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電流検出の分解能を向上するのに好適な電流検出装置を提供する。
【解決手段】電流センサ３０の出力信号を所定の増幅率で増幅する増幅器３２と、増幅器３２の出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ３４と、電流センサ３０の出力信号を増幅器３２よりも高い増幅率で増幅する増幅器３６と、増幅器３６の出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ３８と、Ａ／Ｄコンバータ３４およびＡ／Ｄコンバータ３８のいずれか一方を制御演算装置４に接続するスイッチ４０とを備える。制御演算装置４は、Ａ／Ｄコンバータ３４、３８で変換したデジタル信号および外部から入力したモータ制御信号に基づいて電流指令信号を生成し、生成した電流指令信号をモータ駆動回路２に出力してモータ１の駆動電流を制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電流を検出する装置に係り、特に、電流検出の分解能を向上するのに好適な電流検出装置およびモータ制御装置、並びに電流検出方法に関する。

従来、モータを制御する技術としては、例えば、特許文献１記載の技術が知られている。
図２は、従来のモータ制御システムの構成を示すブロック図である。
特許文献１記載の技術は、図２に示すように、３相交流モータからなるモータ１と、モータ１に駆動電流を供給するモータ駆動回路２と、モータ１への駆動電流を検出する電流検出回路３と、電流検出回路３で検出した電流値に基づいてモータ駆動回路２を制御する制御演算装置４とで構成されている。

電流検出回路３は、モータ１への駆動電流を検出する電流センサ３０と、電流センサ３０の出力信号を増幅する増幅器３２と、増幅器３２の出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ３４とで構成されており、Ａ／Ｄコンバータ３４で変換したデジタル信号を制御演算装置４に出力する。
特開２００３−３２４９８３号公報

しかしながら、特許文献１記載の技術にあっては、電流センサ３０の出力を一定の増幅率で増幅するため、微少電流領域の電流を正確に検出できず、電流検出の分解能が低いという問題があった。
そこで、本発明は、このような従来の技術の有する未解決の課題に着目してなされたものであって、電流検出の分解能を向上するのに好適な電流検出装置およびモータ制御装置、並びに電流検出方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明に係る請求項１記載の電流検出装置は、電流を検出する電流センサを備え、前記電流センサからのアナログ出力をデジタル出力に変換する電流検出装置であって、前記電流センサの出力信号を増幅する増幅手段と、前記電流センサの出力信号をデジタル信号に変換する第１Ａ／Ｄ変換手段と、前記増幅手段の出力信号をデジタル信号に変換する第２Ａ／Ｄ変換手段と、前記第１Ａ／Ｄ変換手段の出力および前記第２Ａ／Ｄ変換手段の出力をいずれか一方に切り換える出力切換手段とを備える。

このような構成であれば、検出する電流が微少電流領域を超える場合は、出力切換手段により第１Ａ／Ｄ変換手段に切り換える。第１Ａ／Ｄ変換手段に切り換えられると、第１Ａ／Ｄ変換手段により、電流センサの出力信号がデジタル信号に変換され、変換されたデジタル信号が出力される。
これに対し、検出する電流が微少電流領域である場合は、出力切換手段により第２Ａ／Ｄ変換手段に切り換える。第２Ａ／Ｄ変換手段に切り換えられると、増幅手段により、電流センサの出力信号が増幅され、第２Ａ／Ｄ変換手段により、増幅手段の出力信号がデジタル信号に変換され、変換されたデジタル信号が出力される。したがって、第１Ａ／Ｄ変換手段を用いた場合よりも、高い分解能で電流を検出することができる。

一方、上記目的を達成するために、本発明に係る請求項２記載のモータ制御装置は、モータへの駆動電流を検出する電流センサと、前記電流センサの出力に基づいて前記モータへの駆動電流を制御する電流制御手段とを備え、前記電流センサからのアナログ出力をデジタル出力に変換して前記電流制御手段に入力するモータ制御装置であって、前記電流センサの出力信号を増幅する増幅手段と、前記電流センサの出力信号をデジタル信号に変換する第１Ａ／Ｄ変換手段と、前記増幅手段の出力信号をデジタル信号に変換する第２Ａ／Ｄ変換手段と、前記第１Ａ／Ｄ変換手段および前記第２Ａ／Ｄ変換手段のいずれか一方を前記電流制御手段に接続する出力切換手段とを備える。

このような構成であれば、モータへの駆動電流が微少電流領域を超える場合は、出力切換手段により第１Ａ／Ｄ変換手段に切り換える。第１Ａ／Ｄ変換手段に切り換えられると、第１Ａ／Ｄ変換手段により、電流センサの出力信号がデジタル信号に変換され、変換されたデジタル信号が電流制御手段に出力される。そして、電流制御手段により、入力されたデジタル信号に基づいてモータへの駆動電流が制御される。

これに対し、モータへの駆動電流が微少電流領域である場合は、出力切換手段により第２Ａ／Ｄ変換手段に切り換える。第２Ａ／Ｄ変換手段に切り換えられると、増幅手段により、電流センサの出力信号が増幅され、第２Ａ／Ｄ変換手段により、増幅手段の出力信号がデジタル信号に変換され、変換されたデジタル信号が出力される。そして、電流制御手段により、入力されたデジタル信号に基づいてモータへの駆動電流が制御される。したがって、第１Ａ／Ｄ変換手段を用いた場合よりも、高い分解能で電流を検出することができる。

さらに、本発明に係る請求項３記載のモータ制御装置は、請求項２記載のモータ制御装置において、前記モータの回転速度を検出する回転速度検出手段を備え、前記電流制御手段は、前記回転速度検出手段で検出した回転速度が所定値以上であるときは、前記第１Ａ／Ｄ変換手段を接続すべき切換信号を前記出力切換手段に出力し、前記回転速度検出手段で検出した回転速度が前記所定値未満であるときは、前記第２Ａ／Ｄ変換手段を接続すべき切換信号を前記出力切換手段に出力し、前記出力切換手段は、前記切換信号に基づいて前記前記第１Ａ／Ｄ変換手段および前記第２Ａ／Ｄ変換手段のいずれか一方を前記電流制御手段に接続する。

このような構成であれば、回転速度検出手段により、モータの回転速度が検出される。モータの回転速度が所定値以上であると、電流制御手段により、第１Ａ／Ｄ変換手段を接続すべき切換信号が出力切換手段に出力される。そして、出力切換手段により、入力された切換信号に基づいて第１Ａ／Ｄ変換手段が電流制御手段に接続される。
これに対し、モータの回転速度が所定値未満であると、電流制御手段により、第２Ａ／Ｄ変換手段を接続すべき切換信号が出力切換手段に出力される。そして、出力切換手段により、入力された切換信号に基づいて第２Ａ／Ｄ変換手段が電流制御手段に接続される。したがって、モータの回転速度が低く駆動電流が微少電流領域である場合は、高い分解能で電流を検出することができるので、モータの低速動作時または停止時の電流制御を高い精度で行うことができる。

一方、上記目的を達成するために、本発明に係る請求項４記載の電流検出方法は、電流を検出する電流センサからのアナログ出力をデジタル出力に変換する電流検出方法であって、前記電流センサの出力信号を増幅手段により増幅する増幅ステップと、前記電流センサの出力信号を第１Ａ／Ｄ変換手段によりデジタル信号に変換する第１Ａ／Ｄ変換ステップと、前記増幅手段の出力信号を第２Ａ／Ｄ変換手段によりデジタル信号に変換する第２Ａ／Ｄ変換ステップと、前記第１Ａ／Ｄ変換手段の出力および前記第２Ａ／Ｄ変換手段の出力をいずれか一方に切り換える出力切換ステップとを含む。

以上説明したように、本発明に係る請求項１記載の電流検出装置、請求項２記載のモータ制御装置、または請求項４記載の電流検出方法によれば、微少電流領域の電流であっても高い分解能で検出することができるので、従来に比して、電流検出の分解能を向上することができるという効果が得られる。
さらに、本発明に係る請求項３記載のモータ制御装置によれば、モータの低速動作時または停止時の電流制御を高い精度で行うことができるという効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る電流検出装置およびモータ制御装置、並びに電流検出方法の実施の形態を示す図である。
まず、本発明を適用するモータ制御システムの構成を説明する。
図１は、本発明を適用するモータ制御システムの構成を示すブロック図である。
モータ制御システムは、図１に示すように、３相交流モータからなるモータ１と、モータ１に駆動電流を供給するモータ駆動回路２と、モータ１への駆動電流を検出する電流検出回路３と、電流検出回路３で検出した電流値に基づいてモータ駆動回路２を制御する制御演算装置４と、モータ１の回転速度を検出するエンコーダ５とで構成されている。

モータ駆動回路２は、インバータ回路２０およびＦＥＴゲート駆動回路２２を有して構成されている。
インバータ回路２０は、２つの電界効果トランジスタＦＥＴ１およびＦＥＴ２が直列に接続された第１直列回路と、第１直列回路と並列に接続された同様に２つの電界効果トランジスタＦＥＴ３およびＦＥＴ４の第２直列回路と、第１直列回路と並列に接続された同様に２つの電界効果トランジスタＦＥＴ５およびＦＥＴ６の第３直列回路とからなる３相交流インバータ回路である。そして、ＦＥＴゲート駆動回路２２から供給されるゲート駆動信号によりスイッチング動作し、ＰＬ線とＮＬ線の間の直流電圧を３相交流電力に変換し、モータ１のＵＬ線、ＶＬ線およびＷＬ線の間に３相交流電圧を出力する。

ＦＥＴゲート駆動回路２２は、制御演算装置４からの電流指令信号に基づいてゲート駆動信号を生成し、生成したゲート駆動信号をインバータ回路２０に出力する。
電流検出回路３は、ＶＬ線を流れる駆動電流を検出する電流センサ３０と、電流センサ３０の出力信号を所定の増幅率（１倍）で増幅する増幅器３２と、増幅器３２の出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ３４と、電流センサ３０の出力信号を増幅器３２よりも高い増幅率（例えば１０倍）で増幅する増幅器３６と、増幅器３６の出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ３８と、制御演算装置４からの切換信号に基づいてＡ／Ｄコンバータ３４およびＡ／Ｄコンバータ３８のいずれか一方を制御演算装置４に接続するスイッチ４０とで構成されている。なお、ＵＬ線に対しても同様の電流検出回路が接続されている。ＷＬ線の電流値は、ＶＬ線の電流値およびＵＬ線の電流値から演算により求めることができる。

電流センサ３０は、例えば、ＶＬ線に直列接続されたシャント抵抗の両端の電位差を増幅器で増幅し、ＶＬ線を流れる駆動電流に応じた電圧のセンサ信号を出力する。これ以外にも、ホール素子等を利用した非接触型の電流センサを利用することもできる。
制御演算装置４は、Ａ／Ｄコンバータ３４、３８で変換したデジタル信号および外部から入力したモータ制御信号に基づいて電流指令信号を生成し、生成した電流指令信号をＦＥＴゲート駆動回路２２に出力する。電流指令信号は、例えば、特許文献１記載の技術その他一般のモータ電流制御に関する技術を利用して生成することができる。
制御演算装置４は、エンコーダ５からの検出信号に基づいてモータ１の回転速度を判定し、モータ１の回転速度が所定値以上であるときは、Ａ／Ｄコンバータ３４を接続すべき切換信号をスイッチ４０に出力し、モータ１の回転速度が所定値未満であるときは、Ａ／Ｄコンバータ３８を接続すべき切換信号をスイッチ４０に出力する。

次に、本実施の形態の動作を説明する。
モータ制御システムでは、モータ制御信号が入力されると、制御演算装置４により、入力されたモータ制御信号に基づいて電流指令信号が生成され、生成された電流指令信号がＦＥＴゲート駆動回路２２に出力される。そして、ＦＥＴゲート駆動回路２２によりインバータ回路２０がスイッチング動作し、モータ１に駆動電流が供給されると、モータ１が駆動する。

モータ１が加速し、回転速度が所定値以上となると、制御演算装置４により、Ａ／Ｄコンバータ３４を接続すべき切換信号がスイッチ４０に出力され、スイッチ４０により、Ａ／Ｄコンバータ３４が制御演算装置４に接続される。そのため、電流センサ３０により駆動電流が検出されると、増幅器３２により、電流センサ３０の出力信号が１倍に増幅され、Ａ／Ｄコンバータ３４により、増幅器３２で増幅された信号がデジタル信号に変換されて制御演算装置４に出力される。そして、制御演算装置４により、入力されたデジタル信号およびモータ制御信号に基づいて電流指令信号が生成され、モータ駆動回路２により、生成された電流指令信号に基づいてモータ１への駆動電流が制御される。

これに対し、モータ１が減速し、回転速度が所定値未満となると、制御演算装置４により、Ａ／Ｄコンバータ３８を接続すべき切換信号がスイッチ４０に出力され、スイッチ４０により、Ａ／Ｄコンバータ３８が制御演算装置４に接続される。そのため、電流センサ３０により駆動電流が検出されると、増幅器３６により、電流センサ３０の出力信号が１０倍に増幅され、Ａ／Ｄコンバータ３８により、増幅器３６で増幅された信号がデジタル信号に変換されて制御演算装置４に出力される。そして、制御演算装置４により、入力されたデジタル信号およびモータ制御信号に基づいて電流指令信号が生成され、モータ駆動回路２により、生成された電流指令信号に基づいてモータ１への駆動電流が制御される。したがって、モータ１の回転速度が低く駆動電流が微少電流領域である場合は、高い分解能で電流を検出することができるので、モータ１の低速動作時または停止時の電流制御を高い精度で行うことができる。

このようにして、本実施の形態では、電流センサ３０の出力信号を所定の増幅率で増幅する増幅器３２と、増幅器３２の出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ３４と、電流センサ３０の出力信号を増幅器３２よりも高い増幅率で増幅する増幅器３６と、増幅器３６の出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ３８と、Ａ／Ｄコンバータ３４およびＡ／Ｄコンバータ３８のいずれか一方を制御演算装置４に接続するスイッチ４０とを備える。
これにより、微少電流領域の電流であっても高い分解能で検出することができるので、従来に比して、電流検出の分解能を向上することができる。分解能は、増幅器３６の増幅率と同様に１０倍となる。

さらに、本実施の形態では、制御演算装置４は、エンコーダ５で検出した回転速度が所定値以上であるときは、Ａ／Ｄコンバータ３４を接続すべき切換信号をスイッチ４０に出力し、エンコーダ５で検出した回転速度が所定値未満であるときは、Ａ／Ｄコンバータ３８を接続すべき切換信号をスイッチ４０に出力する。
これにより、モータ１の低速動作時または停止時の電流制御を高い精度で行うことができる。

上記実施の形態において、増幅器３６は、請求項１、２または４記載の増幅手段に対応し、Ａ／Ｄコンバータ３４は、請求項１ないし４記載の第１Ａ／Ｄ変換手段に対応し、Ａ／Ｄコンバータ３８は、請求項１ないし４記載の第２Ａ／Ｄ変換手段に対応し、スイッチ４０は、請求項１ないし３記載の出力切換手段に対応している。また、モータ駆動回路２および制御演算装置４は、請求項２または３記載の電流制御手段に対応し、エンコーダ５は、請求項３記載の回転速度検出手段に対応している。

なお、上記実施の形態においては、分解能を２段階に切り換えるように構成したが、これに限らず、３段階以上に切り換えるように構成することもできる。この場合、分解能の段階に応じた個数の増幅器およびＡ／Ｄコンバータを設け、各増幅器の増幅率を段階的に設定する。制御演算装置４は、モータ１の回転速度が低くなるにつれて、高い増幅率の増幅器に対応するＡ／Ｄコンバータを接続するように制御すればよい。

また、上記実施の形態においては、増幅器３６の増幅率を１０倍に設定したが、これに限らず、増幅器３２よりも高い増幅率であれば任意の増幅率に設定することができる。
また、上記実施の形態においては、増幅器３２を設けて構成したが、これに限らず、増幅器３２を設けず、電流センサ３０およびＡ／Ｄコンバータ３４を直接接続して構成することもできる。

また、上記実施の形態においては、本発明に係る電流検出装置およびモータ制御装置、並びに電流検出方法を、３相交流モータを駆動する場合について適用したが、これに限らず、ステッピングモータ、直流モータ、その他のモータを駆動する場合について適用することができる。さらに、モータを駆動する場合に限らず、任意の電流経路の電流を検出する場合について適用することもできる。

本発明を適用するモータ制御システムの構成を示すブロック図である。 従来のモータ制御システムの構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ モータ
２ モータ駆動回路
３ 電流検出回路
４ 制御演算装置
５ エンコーダ
２０ インバータ回路
２２ ＦＥＴゲート駆動回路
３０ 電流センサ
３２、３６ 増幅器
３４、３８ Ａ／Ｄコンバータ
４０ スイッチ

Claims (4)

1. 電流を検出する電流センサを備え、前記電流センサからのアナログ出力をデジタル出力に変換する電流検出装置であって、
   前記電流センサの出力信号を増幅する増幅手段と、前記電流センサの出力信号をデジタル信号に変換する第１Ａ／Ｄ変換手段と、前記増幅手段の出力信号をデジタル信号に変換する第２Ａ／Ｄ変換手段と、前記第１Ａ／Ｄ変換手段の出力および前記第２Ａ／Ｄ変換手段の出力をいずれか一方に切り換える出力切換手段とを備えることを特徴とする電流検出装置。
2. モータへの駆動電流を検出する電流センサと、前記電流センサの出力に基づいて前記モータへの駆動電流を制御する電流制御手段とを備え、前記電流センサからのアナログ出力をデジタル出力に変換して前記電流制御手段に入力するモータ制御装置であって、
   前記電流センサの出力信号を増幅する増幅手段と、前記電流センサの出力信号をデジタル信号に変換する第１Ａ／Ｄ変換手段と、前記増幅手段の出力信号をデジタル信号に変換する第２Ａ／Ｄ変換手段と、前記第１Ａ／Ｄ変換手段および前記第２Ａ／Ｄ変換手段のいずれか一方を前記電流制御手段に接続する出力切換手段とを備えることを特徴とするモータ制御装置。
3. 請求項２において、
   前記モータの回転速度を検出する回転速度検出手段を備え、
   前記電流制御手段は、前記回転速度検出手段で検出した回転速度が所定値以上であるときは、前記第１Ａ／Ｄ変換手段を接続すべき切換信号を前記出力切換手段に出力し、前記回転速度検出手段で検出した回転速度が前記所定値未満であるときは、前記第２Ａ／Ｄ変換手段を接続すべき切換信号を前記出力切換手段に出力し、
   前記出力切換手段は、前記切換信号に基づいて前記前記第１Ａ／Ｄ変換手段および前記第２Ａ／Ｄ変換手段のいずれか一方を前記電流制御手段に接続することを特徴とするモータ制御装置。
4. 電流を検出する電流センサからのアナログ出力をデジタル出力に変換する電流検出方法であって、
   前記電流センサの出力信号を増幅手段により増幅する増幅ステップと、前記電流センサの出力信号を第１Ａ／Ｄ変換手段によりデジタル信号に変換する第１Ａ／Ｄ変換ステップと、前記増幅手段の出力信号を第２Ａ／Ｄ変換手段によりデジタル信号に変換する第２Ａ／Ｄ変換ステップと、前記第１Ａ／Ｄ変換手段の出力および前記第２Ａ／Ｄ変換手段の出力をいずれか一方に切り換える出力切換ステップとを含むことを特徴とする電流検出方法。

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