JP2008092690A - モータ制御システム、欠相検知装置及び欠相検知方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構成で確実に欠相を検知できるモータ制御システムを提供する。
【解決手段】搬送台車１は、三相交流モータ５Ｆと、モータ５Ｆに三相の交流電力を供給する電力供給部２５と、電力供給部２５からモータ５Ｆに供給される各相の電流を検出する電流検出部２７ｕ、２７ｖ、２７ｗと、モータ５Ｆの回転を検出するエンコーダ１３と、検出された各相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを、エンコーダ１３の検出した位相に基づいてｄｑ変換し、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑを算出するｄｑ変換部２９と、ｄｑ変換部２９の算出したｄ軸電流Ｉｄの絶対値が所定の閾値Ｔｈを超え、且つ、ｄ軸電流Ｉｄの絶対値とｑ軸電流Ｉｑの絶対値との比率が所定の範囲内にあるときに欠相検知信号Ｓｆを出力する欠相検知部９を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、三相交流モータ等の多相交流モータのモータ制御システム、欠相検知装置及び欠相検知方法に関する。

多相の交流モータの欠相を検知する技術が種々提案されている。特許文献１では、三相交流モータに供給される各相の電流を検出し、その検出値からｄ軸電流の変化率を算出し、変化率が閾値を超えたときに欠相検知信号を出力する技術が開示されている。
特開２００３−３４８８９８号公報

引用文献１の技術では、微分回路等の変化率を求めるための回路が必要であり、構成が複雑化する。また、一般に微分回路は安定した動作が望めず、外乱を増幅しやすいことから、外乱により誤って欠相を検知するおそれがある。

本発明の目的は、簡素な構成で確実に欠相を検知できるモータ制御システム、欠相検知装置及び欠相検知方法を提供することにある。

本発明のモータ制御システムは、多相交流モータと、前記モータに多相の交流電力を供給する電力供給部と、前記電力供給部から前記モータに供給される各相の電流を検出する電流検出部と、前記モータの回転位相を検出する位相検出部と、前記電流検出部の検出した各相の電流を、前記位相検出部の検出した位相に基づいてｄｑ変換し、ｄ軸電流及びｑ軸電流を算出するｄｑ変換部と、前記ｄｑ変換部の算出したｄ軸電流の絶対値が所定のｄ軸閾値を超え、且つ、前記ｄｑ変換部の算出したｄ軸電流の絶対値と前記ｄｑ変換部の算出したｑ軸電流の絶対値との比率が所定の範囲内にあることを条件として含む所定の判定条件が満たされたときに欠相検知信号を出力する欠相検知部と、を有する。

好適には、前記比率は、前記ｄｑ変換部の算出した前記ｄ軸電流の絶対値を前記ｄｑ変換部の算出した前記ｑ軸電流の絶対値で割った値であり、前記判定条件には、前記ｄｑ変換部の算出したｑ軸電流の絶対値が所定のｑ軸閾値を超えたことが更に含まれる。

好適には、ｄ軸電流及びｑ軸電流の目標値と、前記ｄｑ変換部の算出したｄ軸電流及びｑ軸電流との偏差をそれぞれ算出する偏差算出部と、前記偏差算出部の算出した偏差に基づいてｄ軸電圧及びｑ軸電圧の目標値を算出する目標電圧算出部と、前記目標電圧算出部の算出したｄ軸電圧及びｑ軸電圧の目標値を、前記位相検出部の検出した位相に基づいてｄｑ逆変換し、各相の電圧の目標値を算出する逆変換部と、を更に有し、前記電力供給部は、前記逆変換部の算出した各相の電圧の目標値の電圧を前記モータに印加する。

本発明の欠相検知装置は、多相交流モータに供給される各相の電流を検出する電流検出部と、前記モータの回転位相を検出する位相検出部と、前記電流検出部の検出した各相の電流を、前記位相検出部の検出した位相に基づいてｄｑ変換し、ｄ軸電流及びｑ軸電流を算出するｄｑ変換部と、前記ｄｑ変換部の算出したｄ軸電流の絶対値が所定のｄ軸閾値を超え、且つ、前記ｄｑ変換部の算出したｄ軸電流の絶対値と前記ｄｑ変換部の算出したｑ軸電流の絶対値との比率が所定の範囲内にあることを条件として含む所定の判定条件が満たされたときに欠相検知信号を出力する欠相検知部と、を有する。

本発明の欠相検知方法は、多相交流モータに供給される各相の電流の検出値をｄｑ変換して算出されたｄ軸電流の絶対値とｑ軸電流の絶対値との比率が所定の範囲内にあることを条件として含む所定の判定条件が満たされたときに欠相を検知する。

本発明によれば、簡素な構成で確実に欠相を検知できる。

図１は、本発明の実施形態に係るモータ制御システムを適用した搬送台車１を示すブロック図である。搬送台車１は、例えば、工場内において金型やワークなどの被搬送物を搬送するためのものである。

搬送台車１は、基体２と、基体２を軸支する複数の駆動輪３Ｆ、３Ｒ（以下、単に「駆動輪３」といい、両者を区別しないことがある。）と、駆動輪３Ｆ、３Ｒをそれぞれ駆動するモータ５Ｆ、５Ｒ（以下、単に「モータ５」といい、両者を区別しないことがある。）と、モータ５に電力を供給する駆動部７と、モータ５の欠相を検知する欠相検知部９と、駆動部７の動作を制御する制御部１１とを備えている。

基体２及び駆動輪３は、搬送台車１の使用目的に応じて適宜に設計されている。例えば、基体２は、金属、樹脂、木材等の適宜な材料により、シャーシ状、箱状等の適宜な形状に構成されている。駆動輪３は、金属、樹脂、ゴム等の適宜な材料により形成されている。駆動輪３は、軌道上を転がるものであってもよいし、任意の場所を転がるものであってもよい。駆動輪３の数や種類も、搬送台車１の使用目的に応じて適宜に設定されている。図１は、前輪として一対の駆動輪３Ｆ（紙面奥手の駆動輪３Ｆは不図示）が、後輪として一対の駆動輪３Ｒ（紙面奥手の駆動輪３Ｒは不図示）が設けられ、合計４個の駆動輪３が設けられている場合を例示している。また、駆動輪３Ｆ及び駆動輪３Ｒが互いに同一径である場合を例示している。

モータ５Ｆは一対の駆動輪３Ｆを駆動し、モータ５Ｒは一対の駆動輪３Ｒを駆動する。なお、各駆動輪３に対応して一のモータが（合計４個のモータが）設けられていてもよい。モータ５と駆動輪３との間には、搬送台車１の使用目的に応じて、増速用ギア、減速用ギア、ディッファレンシャルギア等の適宜なギア列が設けられるが説明は省略する。モータ５Ｆと、モータ５Ｒとは、例えば、同一種類のモータにより構成されている。

モータ５は、三相の交流電力により駆動される三相交流モータである。モータ５は、誘導電動機であってもよいし、同期電動機であってもよい。モータ５は、特に図示しないが、ステータと、ステータに対して回転可能なロータとを備えており、ステータ及びロータの一方が界磁であり、他方が電機子である。なお、モータ５は、三相以外の多相交流モータであってもよい。

モータ５は、サーボモータとして構成されており、モータ５Ｆには、モータ５Ｆの回転を検出し、検出結果に応じた回転検出信号Ｓｐを出力するエンコーダ１３が設けられている。エンコーダ１３は、磁気式エンコーダや光学式エンコーダ等の公知の適宜なエンコーダにより構成されてよい。なお、上述のように、駆動輪３Ｆ及び３Ｒは、互いに同一径に構成されており、基本的には同一の回転速度で回転するから、エンコーダ１３は、複数のモータの回転の代表値を検出することになる。

エンコーダ１３は、回転検出信号Ｓｐとして、モータ５Ｆのロータが所定角度回転する毎にパルス信号を出力する。すなわち、回転検出信号Ｓｐは、モータ５Ｆの回転数に応じた数のパルス列により構成されている。従って、単位時間当たりのパルス数の計数によりモータ５の回転速度が特定される。換言すれば、エンコーダ１３は、モータ５Ｆの回転速度を検出する速度検出部として機能している。

エンコーダ１３は、モータ５Ｆの回転位相θ（回転位置）が特定可能な回転検出信号Ｓｐを出力する。例えば、モータ５Ｆが一回転する間に出力されるパルス列には、他のパルス列とは長さの異なる一のパルス信号が含まれており、当該長さの異なるパルス信号の検出により、モータ５Ｆの回転位相θの原点が特定される。そして、原点が検出されてからのパルス数により、モータ５Ｆの原点からの回転位相θが特定される。従って、エンコーダ１３は、モータ５Ｆの回転位相θを検出する位相検出部として機能している。

駆動部７は、入力されたトルク指令信号Ｓｔに応じた大きさの電力をモータ５に供給する。駆動部７の供給する電力は三相の交流電力である。その電力の各相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗは、例えば、振幅をＩ_０として、
Ｉｕ＝Ｉ_０ｓｉｎθ
Ｉｖ＝Ｉ_０ｓｉｎ（θ＋２／３π） （１）
Ｉｗ＝Ｉ_０ｓｉｎ（θ−２／３π）
で表される。駆動部７は、モータ５Ｆ及びモータ５Ｒに対して同等の電力を供給する。駆動部７は、エンコーダ１３からの回転検出信号Ｓｐに基づいてモータ５のフィードバック制御を行う。駆動部７は、各相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出し、その検出値に基づいて電流検出信号Ｓｉを欠相検知部９に出力する。

欠相検知部９は、駆動部７から出力された電流検出信号Ｓｉに基づいて、欠相の発生の有無を判定し、欠相が発生したと判定した場合は、欠相検知信号Ｓｆを制御部１１に出力する。

制御部１１は、例えば、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、外部記憶装置等を含むコンピュータにより構成されている。制御部１１は、複数のモータ５に対して同一のトルク指令信号Ｓｔを生成するとともに駆動部７に出力し、複数のモータ５の並列運転を行う。換言すれば、制御部１１は、複数のモータ５を独立に制御しない。

具体的には、制御部１１は、エンコーダ１３からの回転検出信号Ｓｐに基づいて、モータ５の速度フィードバック制御を行う。すなわち、単位時間毎に回転検出信号Ｓｐに含まれるパルスを計数してモータ５の速度を特定し、モータ５の速度が所定の目標速度になるようにトルク指令信号Ｓｔを生成して駆動部７に出力する。モータ５の目標速度は、例えば、不図示の操作部に対して所定の操作がなされることにより、あるいは、搬送台車１の位置に応じて予め不図示の記録装置に記憶された目標速度が適宜に読み出されることにより、設定される。

また、制御部１１は、欠相検知部９から欠相検知信号Ｓｆが入力されたときには、所定の異常時処理を実行する。異常時処理は、例えば、搬送台車１の動作を停止する処理である。具体的には、例えば、制御部１１は、欠相検知信号Ｓｆが入力されたときは、目標速度の大きさに関らず、モータ５のトルクを０とするトルク指令信号Ｓｔを生成、出力する。また、異常時処理は、例えば、異常を作業者に報知する処理である。具体的には、例えば、制御部１１は、欠相検知信号Ｓｆが入力されたときは、不図示のスピーカから所定の報知音を出力したり、不図示の発光素子を点灯、点滅又は消灯したり、不図示の表示装置に所定の画像やメッセージを表示する。

図２は、駆動部７の詳細を説明するブロック図である。

駆動部７は、例えば、ＩＣやインバータ等を含む電気回路により構成されている。制御部１１から駆動部７に入力されたトルク指令信号Ｓｔは、目標電圧算出部２１、逆変換部２３及び電力供給部２５を経て各相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗに変換されてモータ５に出力される。また、各相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗは、電流検出部２７ｕ、２７ｖ、２７ｗ（以下、単に「電流検出部２７」といい、これらを区別しないことがある。）により検出され、その検出値は、ｄｑ変換部２９、減算器３１ｄ、３１ｑ（以下、単に「減算器３１」といい、これらを区別しないことがある。）を経て、目標電圧算出部２１に入力され、フィードバック制御に供される。具体的には以下のとおりである。

目標電圧算出部２１には、トルク指令信号Ｓｔが入力される。トルク指令信号Ｓｔは、例えば、ｄ軸電流の目標値である目標ｄ軸電流Ｉｄ＿Ｔ、ｑ軸電流の目標値である目標ｑ軸電流Ｉｄ＿Ｔの情報を含む。ｄ軸は、モータ５において、界磁の作る磁束の方向に伸びる軸であり、ｑ軸は、ｄ軸に直交する方向に伸びる軸である。ｄ軸電流は無効電流であり、ｑ軸電流はモータ５のトルクに比例する。従って、目標ｄ軸電流Ｉｄ＿Ｔは、通常は０に設定され、目標ｑ軸電流Ｉｑ＿Ｔは、一のモータ５の目標トルクに比例するように設定されている。

目標電圧算出部２１は、目標ｄ軸電流Ｉｄ＿Ｔ及び目標ｑ軸電流Ｉｑ＿Ｔに基づいて、目標ｄ軸電流Ｉｄ＿Ｔ及び目標ｑ軸電流Ｉｑ＿Ｔが各モータ５に供給されるのに必要な電圧、すなわち、ｄ軸電圧の目標値である目標ｄ軸電圧Ｖｄ＿Ｔ、ｑ軸電圧の目標値である目標ｑ軸電圧Ｖｑ＿Ｔを算出し、その算出値に応じた信号を逆変換部２３に出力する。算出は、後述するようにフィードバックゲインを用いて行われる。

なお、一般には、目標ｄ軸電流Ｉｄ＿Ｔ及び目標ｑ軸電流Ｉｄ＿Ｔと、目標ｄ軸電圧Ｖｄ＿Ｔ及び目標ｑ軸電圧Ｖｄ＿Ｔとの間には、下記の（２）式が成立する。

ここで、Ｒは電機子の抵抗、Ｌは電機子のインダクタンス、ωはロータの角速度（電気角速度）、Ｐは微分演算子（ｄ／ｄｔ）、Ｅｑは速度起電力である。

逆変換部２３は、目標電圧算出部２１により算出された目標ｄ軸電圧Ｖｄ＿Ｔ及び目標ｑ軸電圧Ｖｑ＿Ｔを、モータ５の回転位相θに基づいてｄｑ逆変換し、各位相の目標電圧Ｖｕ＿Ｔ、Ｖｖ＿Ｔ、Ｖｖ＿Ｔを算出し、その算出値に応じた信号を電力供給部２５に出力する。ｄｑ逆変換は、下記の（３）式により表される。

なお、回転位相θは、上述のように、エンコーダ１３からの回転検出信号Ｓｐに基づいて算出される。当該算出は、逆変換部２３により、又は、エンコーダ１３と逆変換部２３との間に設けられた不図示の回転位相算出部により行われる。

電力供給部２５は、例えばインバータにより構成されており、不図示の電力源からの直流電力を交流電力に変換し、逆変換部２３の算出した各位相の目標電圧Ｖｕ＿Ｔ、Ｖｖ＿Ｔ、Ｖｖ＿Ｔをモータ５に印加する。電力供給部２５とモータ５とは例えばケーブルにより接続されている。モータ５Ｆ及びモータ５Ｒは、電力供給部２５に対して並列に接続されており、モータ５Ｆ及びモータ５Ｒには、互いに同一の電圧が印加される。

電流検出部２７ｕ、２７ｖ、２７ｗは、それぞれ各相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出し、その検出値に応じた信号をｄｑ変換部２９に出力する。電流検出部２７は、例えば、モータ５Ｆに供給される各相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出可能に、電力供給部２５からモータ５Ｆまでの間のうち、モータ５Ｆとモータ５Ｒとの接続点よりもモータ５Ｆ側に設けられている。なお、モータ５Ｆ及びモータ５Ｒは同一種類のモータにより構成されるとともに並列接続されているから、モータ５Ｒに供給される電流と、モータ５Ｆに供給される電流とは等しい。従って、電流検出部２７は、複数のモータ５に供給される電流の代表値を検出することになる。

ｄｑ変換部２９は、電流検出部２７ｕ、２７ｖ、２７ｗの検出した各相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを回転位相θに基づいてｄｑ変換し、ｄ軸電流Ｉｑ及びｑ軸電流Ｉｑを算出する。ｄｑ変換は、下記の（４）式により表される。

なお、回転位相θは、上述のように、エンコーダ１３からの回転検出信号Ｓｐに基づいて算出される。当該算出は、ｄｑ変換部２９により、又は、エンコーダ１３とｄｑ変換部２９との間に設けられた不図示の回転位相算出部により行われる。

そして、ｄｑ変換部２９は、算出したｄ軸電流Ｉｑ及びｑ軸電流Ｉｑの情報を含む信号を出力する。当該信号は、減算器３１に入力されるとともに、図１を参照して説明した電流検出信号Ｓｉとして欠相検知部９に入力される。

減算器３１ｄは、目標ｄ軸電流Ｉｄ＿Ｔからｄｑ変換部２９の算出したｄ軸電流Ｉｄを減算して目標電圧算出部２１に出力する。また、減算器３１ｑは、目標ｑ軸電流Ｉｑ＿Ｔからｄｑ変換部２９の算出したｑ軸電流Ｉｑを減算して目標電圧算出部２１に出力する。

目標電圧算出部２１は、減算器３１ｄ、３１ｑの算出した偏差に基づいて目標ｄ軸電圧Ｖｄ＿Ｔ及び目標ｑ軸電圧Ｖｑ＿Ｔを算出する。例えば、目標電圧算出部２１は、ＰＩ制御が行われるように、下記の（５）式により目標ｄ軸電圧Ｖｄ＿Ｔ及び目標ｑ軸電圧Ｖｑ＿Ｔを算出する。

Ｋｐは比例ゲインであり、Ｋ_Ｉは積分ゲインである。比例ゲインＫｐや積分ゲインＫ_Ｉは、上述の（２）式、モータ５の数、実験等に基づいて適宜に設定される。

図３は、欠相検知部９の構成を示すブロック図である。

上述のように、欠相検知部９は、駆動部７からの電流検出信号Ｓｉが入力され、欠相を検知したときに欠相検知信号Ｓｆを出力する回路として構成されている。具体的には以下のとおりである。なお、以下の説明においては、論理回路等から出力される１ビット（ｂｉｔ）の情報を含む信号を、０（偽）又は１（真）の値を有する信号として説明することがある。

絶対値回路４１ｄは、電流検出信号Ｓｉのうちｄ軸電流Ｉｄの情報を含む信号が入力され、ｄ軸電流Ｉｄの絶対値を算出し、その算出値に応じた信号を出力する。同様に、絶対値回路４１ｑは、電流検出信号Ｓｉのうちｑ軸電流Ｉｑの情報を含む信号が入力され、ｑ軸電流Ｉｑの絶対値を算出し、その算出値に応じた信号を出力する。

比較器４３ｄは、絶対値回路４１ｄからの信号が入力されるとともに、所定の閾値Ｔｈの情報を含む信号が入力される。閾値Ｔｈは、例えば制御部１１から比較器４３ｄに入力される。比較器４３ｄは、ｄ軸電流Ｉｄの絶対値と閾値Ｔｈとを比較し、ｄ軸電流Ｉｄの絶対値が閾値Ｔｈよりも大きいときは値が１の信号を出力し、それ以外のときは値が０の信号を出力する。

同様に、比較器４３ｑは、絶対値回路４１ｑからの信号が入力されるとともに、所定の閾値Ｔｈの情報を含む信号が入力される。閾値Ｔｈは、例えば制御部１１から比較器４３ｑに入力される。比較器４３ｑは、ｑ軸電流Ｉｑの絶対値と閾値Ｔｈとを比較し、ｑ軸電流Ｉｑの絶対値が閾値Ｔｈよりも大きいときは値が１の信号を出力し、それ以外のときは値が０の信号を出力する。

ＡＮＤ回路４５は、比較器４３ｄからの信号及び比較器４３ｑからの信号が入力され、両信号の論理積を表す信号を出力する。すなわち、比較器４３ｄ及び比較器４３ｑの双方から値が１の信号が入力されたとき、換言すれば、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑの双方が閾値Ｔｈを超えたとき、値が１の信号を出力し、それ以外のときは値が０の信号を出力する。

比率演算器４７は、比較器４３ｄからの信号及び比較器４３ｑからの信号が入力され、ｄ軸電流Ｉｄの絶対値と、ｑ軸電流Ｉｑの絶対値との比率を算出し、その算出値に応じた信号を出力する。例えば、比率演算器４７は、比率として、ｄ軸電流Ｉｄの絶対値をｑ軸電流Ｉｑの絶対値で割った値｜Ｉｄ｜／｜Ｉｑ｜を算出する。

比較器４９Ｕは、比率演算器４７からの信号が入力されるとともに、所定の上限値Ｌｉ＿Ｕの情報を含む信号が入力される。上限値Ｌｉ＿Ｕは、例えば制御部１１から比較器４９Ｕに入力される。比較器４９Ｕは、比率｜Ｉｄ｜／｜Ｉｑ｜と上限値Ｌｉ＿Ｕとを比較し、比率｜Ｉｄ｜／｜Ｉｑ｜が上限値Ｌｉ＿Ｕよりも大きいときは値が１の信号を出力し、それ以外のときは値が０の信号を出力する。

同様に、比較器４９Ｄは、比率演算器４７からの信号が入力されるとともに、所定の下限値Ｌｉ＿Ｄの情報を含む信号が入力される。下限値Ｌｉ＿Ｄは、例えば制御部１１から比較器４９Ｄに入力される。比較器４９Ｄは、比率｜Ｉｄ｜／｜Ｉｑ｜と下限値Ｌｉ＿Ｄとを比較し、比率｜Ｉｄ｜／｜Ｉｑ｜が下限値Ｌｉ＿Ｄよりも大きいときは値が１の信号を出力し、それ以外のときは値が０の信号を出力する。

ＡＮＤ回路５１は、一の入力が反転される２入力ＡＮＤ回路である。ＡＮＤ回路５１は、比較器４９Ｕからの信号が反転されて入力されるとともに、比較器４９Ｄからの信号が入力され、両信号の論理積を表す信号を出力する。すなわち、ＡＮＤ回路５１は、比較器４９Ｕから値を０とする信号が入力されるとともに比較器４９Ｄから値を１とする信号が入力されたとき、換言すれば、比率｜Ｉｄ｜／｜Ｉｑ｜が下限値Ｌｉ＿Ｄから上限値Ｌｉ＿Ｕまでの範囲にあるとき、値が１の信号を出力し、それ以外のときは値が０の信号を出力する。

ＡＮＤ回路５３は、ＡＮＤ回路４５からの信号及びＡＮＤ回路５１からの信号が入力され、両信号の論理積を表す信号を出力する。すなわち、ＡＮＤ回路４５及びＡＮＤ回路５１の双方から値が１の信号が入力されたときに値が１の信号を出力し、それ以外のときは値が０の信号を出力する。

値が１の信号は、欠相が検知されたときに出力される欠相検知信号Ｓｆとして出力される。すなわち、制御部１１等では、ＡＮＤ回路５３から値が１の信号が入力されたときに所定の異常時処理を実行する。

以上のとおり、欠相検知部９では、ｄ軸電流Ｉｄの絶対値及びｑ軸電流Ｉｑの絶対値の双方が閾値Ｔｈを超え、且つ、ｄ軸電流Ｉｄの絶対値及びｑ軸電流Ｉｑの絶対値の比率｜Ｉｄ｜／｜Ｉｑ｜が下限値Ｌｉ＿Ｄから上限値Ｌｉ＿Ｕまでの範囲にあるときに、欠相検知信号Ｓｆが出力される。

なお、欠相検知処理は適宜な周期で行ってよい。すなわち、欠相検知部９への電流検出信号Ｓｉの入力及び／又は欠相検知部９の駆動は適宜な周期で行ってよい。例えば所定のクロック信号に同期して行ってもよいし、クロック信号の周期よりも長い周期で行ってもよい。

図４は、搬送台車１の動作及び効果を説明する図であり、図４（ａ）は、欠相が生じた場合のｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑの経時変化を、図４（ｂ）は、欠相が生じた場合のｄ軸電流の絶対値｜Ｉｄ｜、ｑ軸電流の絶対値｜Ｉｑ｜、これらの比率｜Ｉｄ｜／｜Ｉｑ｜及び欠相検知信号Ｓｆの経時変化を示している。

搬送台車１において、欠相が生じていない状態では、フィードバック制御により、ｄ軸電流Ｉｄは０に保たれ、ｑ軸電流Ｉｑは目標トルクに比例した値に保たれる。目標トルクが一定の場合には、ｑ軸電流Ｉｑも目標トルクに比例した値で一定に保たれる。そして、欠相が生じると、図４（ａ）に示すように、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑは波形状に変動する。

当該変動は、上述の式からも理解される。すなわち、欠相が生じると、電力供給部２５からモータ５に供給される電力は単相交流となり、各相の電流は、
Ｉｕ＝Ｉ_０ｓｉｎθ
Ｉｖ＝−Ｉｕ （６）
で表される。（６）式を（４）式に代入すると、ｄｑ変換部２９の算出するｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑは、回転位相θを変数とする周期関数によって表される。具体的には、ｄ軸電流Ｉｄの算出ではｃｏｓ関数が乗じられ、ｑ軸電流Ｉｑの算出ではｓｉｎ関数が乗じられることから、ｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑとは、位相が概ね１／４周期ずれた周期関数となる。

ただし、実際にｄｑ変換部２９により算出されるｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑの波形は、比例ゲインＫｐや積分ゲインＫ_Ｉ等の設定によって異なる。例えば、図４（ａ）に示すように、ｄ軸電流Ｉｄは、平均値が概ね０となる歪んだ波形となり、ｄ軸電流Ｉｄは、平均値が概ね目標ｑ軸電流Ｉｑで、０〜目標ｑ軸電流Ｉｑの２倍程度の間で変動する歪んだ波形となる。

ｄ軸電流Ｉｄは、本来０となるはずであるから、比較器４３ｄによりｄ軸電流の絶対値｜Ｉｄ｜が閾値Ｔｈを超えたことを検出することにより、欠相が検知可能となる。閾値Ｔｈは、欠相が生じていない場合にフィードバック制御によるｄ軸電流Ｉｄの微小変動や外乱による微小変動によって欠相が誤検出されることを防止するように適宜な大きさに設定される。

ｄ軸電流Ｉｄの絶対値とｑ軸電流Ｉｑの絶対値との比率｜Ｉｄ｜／｜Ｉｑ｜は、ｄ軸電流Ｉｄと同様に、本来０となるはずであるから、比較器４９Ｄが比率｜Ｉｄ｜／｜Ｉｑ｜が下限値Ｌｉ＿Ｄを超えたことを検出することにより、欠相が検知可能となる。下限値Ｌｉ＿Ｄは、欠相が生じていない場合にフィードバック制御によるｄ軸電流Ｉｄ等の微小変動や外乱による微小変動によって欠相が誤検出されることを防止するように適宜な大きさに設定される。図４（ｂ）では、下限値Ｌｉ＿Ｄ＝閾値Ｔｈの場合を例示している。

上述のように、欠相が生じたときのｄ軸電流Ｉｄの波形とｑ軸電流Ｉｑの波形とは位相がずれている。当該位相のずれに起因して、ｄ軸電流Ｉｄの変動と、比率｜Ｉｄ｜／｜Ｉｑ｜の変動とは位相がずれている。従って、ｄ軸電流が閾値Ｔｈを超え、且つ、比率｜Ｉｄ｜／｜Ｉｑ｜が下限値Ｌｉ＿Ｄを超えたときに欠相を検知することは、いずれか一方の条件のみが満たされたときに欠相を検知する場合に比較して欠相を検知する条件が厳しくなる。

例えば、欠相が生じていない場合に、各相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗのいずれか一に瞬間的に外乱が混入され場合、（４）式から理解されるように、外乱は、ｄ軸電流にｓｉｎ関数が乗じられた形で影響を及ぼし、ｑ軸電流にｃｏｓ関数が乗じられた形で影響を及ぼす。従って、外乱が混入されたとしても、上記の２つの条件の双方が満たされるとは限らない。

その一方で、欠相は継続的なものであるから、欠相が生じた場合には、モータが回転する間において、必ずｄ軸電流Ｉｄ及び比率｜Ｉｄ｜／｜Ｉｑ｜の双方がある程度の大きさになる位相が存在する。従って、上記の２つの条件の双方が満たされることを条件とすることにより、外乱による欠相検知の誤動作が防止される。

比率｜Ｉｄ｜／｜Ｉｑ｜は、ｑ軸電流の絶対値｜Ｉｑ｜を分母としていることから、ｑ軸電流の絶対値｜Ｉｑ｜が小さくなるときには、図４（ｂ）に示されるように、比率｜Ｉｄ｜／｜Ｉｑ｜は大きな値となるとともにばらつき、また、誤差の影響も大きくなる。そこで、比率｜Ｉｄ｜／｜Ｉｑ｜が上限値Ｌｉ＿Ｕを超えていないことを条件として更に付加することにより、比率｜Ｉｄ｜／｜Ｉｑ｜に基づく欠相検知が確実に行われる。

同様に、絶対値｜Ｉｑ｜が閾値Ｔｈを超えたことを条件として更に付加することにより、比率｜Ｉｄ｜／｜Ｉｑ｜に基づく欠相検知が確実に行われる。

図４（ｂ）では、上記のような動作及び効果が示されている。すなわち、ｄ軸電流Ｉｄの絶対値及びｑ軸電流Ｉｑの絶対値の双方が閾値Ｔｈを超え、且つ、ｄ軸電流Ｉｄの絶対値及びｑ軸電流Ｉｑの絶対値の比率｜Ｉｄ｜／｜Ｉｑ｜が下限値Ｌｉ＿Ｄから上限値Ｌｉ＿Ｕまでの範囲にあるという条件は、モータ５の回転中に間欠的に満たされ（欠相検知信号Ｓｆは間欠的に出力され）、モータ５の欠相検知が確実に行われている。

以上のとおり、以上の実施形態によれば、微分回路等を設けることなく比較的簡素な構成で欠相を検知することができ、しかも、外乱による誤動作が防止される。

しかも、ｄ軸電流及びｑ軸電流を制御変数とするフィードバック制御が行われるモータ５の欠相を、ｄ軸電流及びｑ軸電流に基づいて検知することから、ｄ軸電流及びｑ軸電流を算出するための回路を新たに設ける必要もなく、構成が簡素である。

なお、以上の実施形態において、駆動部７及び欠相検知部９の組合せは本発明のモータ制御システムの一例であり、モータ５は本発明の多相交流モータの一例であり、エンコーダ１３は本発明の位相検出部の一例であり、閾値Ｔｈは本発明のｄ軸閾値及びｑ軸閾値の一例であり、減算器３１ｄ及び減算器３１ｑは本発明の偏差算出部の一例であり、電流検出部２７、エンコーダ１３、ｄｑ変換部２９及び欠相検知部９の組合せは本発明の欠相検知装置の一例である。

本発明は以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施してよい。

本発明が適用される対象は搬送台車に限定されない。本発明は、モータの欠相を検知する必要のある、あらゆる装置に適用されてよい。また、本発明が適用されるモータ制御システムは、ｄ軸電流及びｑ軸電流を用いたフィードバック制御を行うものに限定されない。例えば、ステップモータを制御するモータ制御システムに適用されてもよい。

モータは、単数設けられていてもよいし、複数設けられていてもよい。モータが複数設けられ、制御部（１１）によって並列運転される場合、制御部の指令に従ってモータを駆動する駆動部（７）及び／又は欠相検知部（９）は、複数のモータに対応して複数設けられてもよいし、実施形態のように複数のモータに対応して一つ設けられてもよい。さらに、駆動部及び欠相検知部のうち一部については複数のモータに対応して複数設けられ、他の部分については複数のモータに対応して一つ設けられてもよい。

例えば、実施形態では、駆動部７が複数のモータに対して一つ設けられる場合を例示したが、２つのモータ５Ｆ、５Ｒに対応して駆動部７を２つ設け、一の制御部１１から２つの駆動部７へ同一のトルク指令信号Ｓｔを出力し、２つの駆動部７がそれぞれモータ５Ｆ、５Ｒを駆動するようにしてもよい。なお、この場合、各駆動部７の電流検出部２７は、モータ５Ｆ、５Ｒの電流をそれぞれ検出することにより、各駆動部７は、互いに同一のトルク指令信号Ｓｔに基づきつつも、それぞれ独立にモータ５Ｆ、５Ｒのフィードバック制御を行う。

例えば、実施形態では、一の駆動部７において電力供給部２５が複数のモータに対して一つ設けられる場合を例示したが、一の駆動部７において電力供給部２５をモータ５Ｆ、５Ｒに対応して２つ設け、一の逆変換部２３から２つの電力供給部２５に各相の目標電圧Ｖｕ＿Ｔ、Ｖｖ＿Ｔ、Ｖｗ＿Ｔを出力し、２つの電力供給部２５が同一の目標電圧Ｖｕ＿Ｔ、Ｖｖ＿Ｔ、Ｖｗ＿Ｔに基づいてモータ５Ｆ、５Ｒにそれぞれ電圧を印加するようにしてもよい。

例えば、実施形態では、エンコーダ１３（位相検出部）及び電流検出部２７ｕ、２７ｖ、２７ｗが複数のモータに対してそれぞれ一つ設けられる場合を例示したが、エンコーダ１３（位相検出部）及び電流検出部２７ｕ、２７ｖ、２７ｗが複数のモータに対して複数設けられ、複数のエンコーダ１３の検出値の最大値、最小値又は平均を一のｄｑ変換部、一の逆変換部、一の制御部に入力したり、複数の電流検出部２７ｕ、２７ｖ、２７ｗの検出値の最大値、最小値又は平均を一のｄｑ変換部に入力し、フィードバック制御や欠相検知に資するようにしてもよい。

例えば、実施形態では、一のモータのｄ軸電流やｑ軸電流（トルク）に基づいてフィードバック制御や欠相検知を行う場合を例示したが、複数のモータのｄ軸電流やｑ軸電流（トルク）の合計に基づいてフィードバック制御や欠相検知を行うようにしてもよい。

ｄ軸電流の絶対値とｑ軸電流の絶対値との比率は、ｑ軸電流を分母とするものに限定されない。例えば、ｑ軸電流の絶対値をｄ軸電流の絶対値で割って算出した比率が所定の閾値よりも小さくなった場合に欠相を検知することもできる。ただし、ｄ軸電流を分子としたほうが閾値の設定等が容易である。

本発明において、ｑ軸電流の絶対値が所定のｑ軸閾値を超えたことは必須の要件ではない。例えば、図３において、絶対値回路４１ｑ、比較器４３ｑ及びＡＮＤ回路４５は省略されてもよい。

欠相検知部は、欠相の発生の有無を判定するための判定条件、例えば、ｄ軸電流の絶対値が所定のｄ軸閾値を超え、且つ、ｄ軸電流の絶対値とｑ軸電流の絶対値との比率が所定の範囲内にあるという条件が満たされたか否か判定できれば、適宜な構成としてよい。

実施形態では、ｄ軸電流の閾値と、ｑ軸電流の閾値とが同一である場合を例示したが、これらは別個に設定されてよい。また、ｄ軸電流の閾値、ｑ軸電流の閾値、比率と比較される上限値（Ｌｉ＿Ｕ）及び下限値（Ｌｉ＿Ｄ）は、定数であってもよいし、トルク指令などに応じて変化する値であってもよい。

本発明の実施形態に係る搬送台車の構成を示すブロック図。 図１の搬送台車の駆動部を説明するブロック図。 図１の搬送台車の欠相検知部を説明するブロック図。 図１の搬送台車の動作及び効果を説明する図。

符号の説明

１…搬送台車（モータ制御システムを適用した装置）、５Ｆ、５Ｒ…モータ（多相交流モータ）、７…駆動部、１３…エンコーダ（位相検出部）、９…欠相検知部、２５…電力供給部、２７ｕ、２７ｖ、２７ｗ…電流検出部、２９…ｄｑ変換部。

Claims (5)

1. 多相交流モータと、
   前記モータに多相の交流電力を供給する電力供給部と、
   前記電力供給部から前記モータに供給される各相の電流を検出する電流検出部と、
   前記モータの回転位相を検出する位相検出部と、
   前記電流検出部の検出した各相の電流を、前記位相検出部の検出した位相に基づいてｄｑ変換し、ｄ軸電流及びｑ軸電流を算出するｄｑ変換部と、
   前記ｄｑ変換部の算出したｄ軸電流の絶対値が所定のｄ軸閾値を超え、且つ、前記ｄｑ変換部の算出したｄ軸電流の絶対値と前記ｄｑ変換部の算出したｑ軸電流の絶対値との比率が所定の範囲内にあることを条件として含む所定の判定条件が満たされたときに欠相検知信号を出力する欠相検知部と、
   を有するモータ制御システム。
2. 前記比率は、前記ｄｑ変換部の算出した前記ｄ軸電流の絶対値を前記ｄｑ変換部の算出した前記ｑ軸電流の絶対値で割った値であり、
   前記判定条件には、前記ｄｑ変換部の算出したｑ軸電流の絶対値が所定のｑ軸閾値を超えたことが更に含まれる
   請求項１に記載のモータ制御システム。
3. ｄ軸電流及びｑ軸電流の目標値と、前記ｄｑ変換部の算出したｄ軸電流及びｑ軸電流との偏差をそれぞれ算出する偏差算出部と、
   前記偏差算出部の算出した偏差に基づいてｄ軸電圧及びｑ軸電圧の目標値を算出する目標電圧算出部と、
   前記目標電圧算出部の算出したｄ軸電圧及びｑ軸電圧の目標値を、前記位相検出部の検出した位相に基づいてｄｑ逆変換し、各相の電圧の目標値を算出する逆変換部と、
   を更に有し、
   前記電力供給部は、前記逆変換部の算出した各相の電圧の目標値の電圧を前記モータに印加する
   請求項１又は２に記載のモータ制御システム。
4. 多相交流モータに供給される各相の電流を検出する電流検出部と、
   前記モータの回転位相を検出する位相検出部と、
   前記電流検出部の検出した各相の電流を、前記位相検出部の検出した位相に基づいてｄｑ変換し、ｄ軸電流及びｑ軸電流を算出するｄｑ変換部と、
   前記ｄｑ変換部の算出したｄ軸電流の絶対値が所定のｄ軸閾値を超え、且つ、前記ｄｑ変換部の算出したｄ軸電流の絶対値と前記ｄｑ変換部の算出したｑ軸電流の絶対値との比率が所定の範囲内にあることを条件として含む所定の判定条件が満たされたときに欠相検知信号を出力する欠相検知部と、
   を有する欠相検知装置。
5. 多相交流モータに供給される各相の電流の検出値をｄｑ変換して算出されたｄ軸電流の絶対値とｑ軸電流の絶対値との比率が所定の範囲内にあることを条件として含む所定の判定条件が満たされたときに欠相を検知する欠相検知方法。

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