JP2010124653A - Motor controller - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動機の制御に関するものである。 The present invention relates to control of an electric motor.
従来、ブラシレスモータに関する技術としては、例えば、特許文献1に開示されたものが知られている。
Conventionally, as a technique related to a brushless motor, for example, one disclosed in
ところで、従来のサーボモータには、トルク制御を行なうために、シャント抵抗を用いて電磁コイルに流れる電流値を測定し、電流値を制御するものがある。しかし、このシャント抵抗を用いたトルク制御技術では、以下の問題が生じていた。
1.電力損失
2.シャント抵抗による発熱
3.電流測定のダイナミックレンジ不足
4.電流測定を行なうことによるS/N比の劣化
5.電流測定を行なうためにフィルタリング回路を要すること
6.電流測定を行なうためのAMP回路の配線が乱雑であること
さらに、ロボット等では複数のサーボモータが使用されるため、トルク制御のためのシャント抵抗を無くした制御方法への強い要望があったものの、実現には至っていなかった。
By the way, in order to perform torque control, some conventional servo motors measure the current value flowing through an electromagnetic coil using a shunt resistor to control the current value. However, the torque control technology using this shunt resistor has the following problems.
1.
本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、シャント抵抗を用いることなく、電動機の電磁コイルに流れる電流値を測定することのできる技術を提供することを目的とする。また、シャント抵抗を用いることなく、電動機を制御することのできる技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a technique capable of measuring the value of a current flowing through an electromagnetic coil of an electric motor without using a shunt resistor. . Moreover, it aims at providing the technique which can control an electric motor, without using shunt resistance.
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するために、以下の形態または適用例を取ることが可能である。 In order to solve at least a part of the problems described above, the present invention can take the following forms or application examples.
[適用例1]
電動機の制御装置であって、
前記電動機が有する第1の駆動部材と第2の駆動部材との相対速度を入力とする速度入力部と、
前記相対速度と、前記電動機に供給される電圧の電圧値である供給電圧値と、前記電動機が有する電磁コイルの抵抗値と、前記電動機の逆起電力定数と、に基づいて、前記電磁コイルに流れる電流値を算出する演算部と、
前記算出された電流値に基づいて、前記電動機を制御する制御部と、
を備える、制御装置。
適用例1の装置によれば、シャント抵抗を用いることなく、電動機の電磁コイルに流れる電流値を測定することができる。また、シャント抵抗を省略することができるので、シャント抵抗による電力損失や、発熱を抑制することが可能となる。
[Application Example 1]
A control device for an electric motor,
A speed input unit that inputs a relative speed between the first drive member and the second drive member of the electric motor;
Based on the relative speed, a supply voltage value that is a voltage value of a voltage supplied to the electric motor, a resistance value of the electromagnetic coil that the electric motor has, and a back electromotive force constant of the electric motor, A calculation unit for calculating a current value flowing;
A control unit for controlling the electric motor based on the calculated current value;
A control device comprising:
According to the apparatus of Application Example 1, the value of the current flowing through the electromagnetic coil of the motor can be measured without using a shunt resistor. In addition, since the shunt resistor can be omitted, it is possible to suppress power loss and heat generation due to the shunt resistor.
[適用例2]
適用例1に記載の電動機の制御装置であって、
前記演算部は、さらに、前記電動機が発生するトルクの目標値である目標トルク値と前記電動機のトルク定数とに基づいて、目標電流値を算出し、
前記制御部は、前記算出された電流値と前記目標電流値とに基づいて、前記供給電圧値の平均値を調整するフィードバック制御を行なう、制御装置。
適用例2の装置によれば、フィードバック制御を行なうので、電動機を適切に制御することができる。
[Application Example 2]
An electric motor control apparatus according to Application Example 1,
The calculation unit further calculates a target current value based on a target torque value that is a target value of torque generated by the electric motor and a torque constant of the electric motor,
The said control part is a control apparatus which performs feedback control which adjusts the average value of the said supply voltage value based on the said calculated electric current value and the said target electric current value.
According to the apparatus of the application example 2, since feedback control is performed, the electric motor can be appropriately controlled.
[適用例3]
電動機の制御装置であって、
前記電動機が有する第1の駆動部材と第2の駆動部材との相対速度を入力とする速度入力部と、
前記相対速度と、前記電動機に供給される電圧の電圧値である供給電圧値と、前記電動機が有する電磁コイルの抵抗値と、前記電動機の逆起電力定数と、前記電動機のトルク定数と、前記電動機が発生するトルクの目標値である目標トルク値とに基づいて、前記供給電圧値の平均値に関連付けられた平均電圧指標値を算出する演算部と、
前記算出された平均電圧指標値に基づいて、前記電動機を制御する制御部と、
を備える、制御装置。
適用例3の装置によれば、シャント抵抗を用いることなく、電動機を制御することができる。
[Application Example 3]
A control device for an electric motor,
A speed input unit that inputs a relative speed between the first drive member and the second drive member of the electric motor;
The relative speed, a supply voltage value that is a voltage value of a voltage supplied to the electric motor, a resistance value of an electromagnetic coil that the electric motor has, a counter electromotive force constant of the electric motor, a torque constant of the electric motor, An arithmetic unit that calculates an average voltage index value associated with an average value of the supply voltage values based on a target torque value that is a target value of torque generated by the electric motor;
A control unit for controlling the electric motor based on the calculated average voltage index value;
A control device comprising:
According to the apparatus of Application Example 3, the electric motor can be controlled without using a shunt resistor.
[適用例4]
適用例1ないし3のいずれかに記載の制御装置を備える電動機。
[Application Example 4]
An electric motor comprising the control device according to any one of Application Examples 1 to 3.
[適用例5]
適用例4に記載の電動機を備える電動機搭載装置。
[Application Example 5]
An electric motor mounting device including the electric motor according to Application Example 4.
[適用例6]
適用例5に記載の電動機搭載装置であって、
前記電動機搭載装置は、電子機器である、装置。
[Application Example 6]
The electric motor mounting device described in Application Example 5,
The motor mounting device is an electronic device.
[適用例7]
適用例5に記載の電動機搭載装置であって、
前記電動機搭載装置は、プロジェクタである、装置。
[Application Example 7]
The electric motor mounting device described in Application Example 5,
The motor mounted device is a projector.
[適用例8]
適用例5に記載の電動機搭載装置であって、
前記電動機搭載装置は、移動体である、装置。
[Application Example 8]
The electric motor mounting device described in Application Example 5,
The electric motor mounting device is a moving body.
[適用例9]
適用例5に記載の電動機搭載装置であって、
前記電動機搭載装置は、ロボットである、装置。
[Application Example 9]
The electric motor mounting device described in Application Example 5,
The motor mounted device is a robot.
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、電動機の制御方法および装置、制御システム、それらの方法または装置の機能を実現するための集積回路、コンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体等の形態で実現することができる。また、本発明は、本発明による制御装置を備えた電動機、その電動機を備えた電子機器、プロジェクタ、携帯機器、ロボット、移動体等の形態で実現することもできる。 Note that the present invention can be realized in various modes. For example, the present invention can be realized in the form of an electric motor control method and apparatus, a control system, an integrated circuit for realizing the functions of the method or apparatus, a computer program, a recording medium recording the computer program, and the like. The present invention can also be realized in the form of an electric motor including the control device according to the present invention, an electronic device including the electric motor, a projector, a portable device, a robot, a moving body, and the like.
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
A.第1実施例:
B.第2実施例:
C.変形例:
Next, embodiments of the present invention will be described in the following order based on examples.
A. First embodiment:
B. Second embodiment:
C. Variation:
A.第1実施例:
図1は、本発明の一実施例としてのブラシレスサーボモータの構成を示す説明図である。このモータは、モータ本体100と、駆動制御回路200と、回転エンコーダ300とを備えている。モータ本体100は、ステータコイル10と、回転軸112を中心として回転するロータ30とを有している。なお、回転エンコーダ300としては、スリット円板を透過する透過光を測定する形式のものが使用されている。
A. First embodiment:
FIG. 1 is an explanatory diagram showing the configuration of a brushless servomotor as an embodiment of the present invention. This motor includes a motor
図2は、ブラシレスモータの駆動制御回路の構成を示すブロック図である。駆動制御回路200は、CPU220と、駆動信号生成部240と、2相のドライバ回路250A,250Bとを備えている。2つの磁気センサ出力SSA,SSBは、AD変換部260でデジタル多値信号に変換されて、駆動信号生成部240に供給される。また、回転エンコーダ300の位置信号REPも駆動信号生成部240に供給される。駆動信号生成部240は、これらの信号SSA,SSB,REPに基づいて、2相の駆動信号を生成する。ドライバ回路250A,250Bは、これらの2相の駆動信号に従ってモータ本体100内の2相の電磁コイル群11,12を駆動する。
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the drive control circuit of the brushless motor. The
図3は、ドライバ回路の内部構成を示す説明図である。各相のドライバ回路250A,250Bは、それぞれH型ブリッジ回路を構成している。例えば、A相のドライバ回路250Aは、駆動信号DRVA1,DRVA2に応じてA相コイル11を駆動する。符号IA1,IA2が付された矢印は、駆動信号DRVA1,DRVA2によって流れる電流方向をそれぞれ示している。他の相も同様である。なお、ドライバ回路としては、複数の駆動トランジスタで構成される種々の構成の回路を利用可能である。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing the internal configuration of the driver circuit. The
図4は、駆動信号生成部240(図2)の内部構成と動作を示す説明図である。なお、ここでは図示の便宜上、A相用の回路要素のみを示しているが、B相用にも同じ回路要素が設けられている。 FIG. 4 is an explanatory diagram showing the internal configuration and operation of the drive signal generator 240 (FIG. 2). For convenience of illustration, only the circuit element for the A phase is shown here, but the same circuit element is also provided for the B phase.
駆動信号生成部240は、基本クロック生成回路510と、1/N分周器520と、PWM部530と、正逆方向指示値レジスタ540と、乗算器550と、符号化部560と、電圧指令値レジスタ580と、励磁区間設定部590と、計測部420とを備えている。A相磁気センサ出力SSAは、符号化部560と励磁区間設定部590とに供給されている。回転エンコーダ300の位置信号REPは、計測部420に供給されている。
The drive
基本クロック生成回路510は、所定の周波数を有するクロック信号PCLを発生する回路であり、例えばPLL回路で構成される。分周器520は、このクロック信号PCLの1/Nの周波数を有するクロック信号SDCを発生する。Nの値は所定の一定値に設定される。このNの値は、予めCPU220によって分周器520に設定される。PWM部530は、クロック信号PCL,SDCと、乗算器550から供給される乗算値Maと、正逆方向指示値レジスタ540から供給される正逆方向指示値RIと、符号化部560から供給される正負符号信号Paと、励磁区間設定部590から供給される励磁区間信号Eaとに応じて、A相駆動信号を生成する。この動作については後述する。
The basic
正逆方向指示値レジスタ540内には、モータの回転方向を示す値RIがCPU220によって設定される。本実施例では、正逆方向指示値RIがLレベルのときにモータが正転し、Hレベルのときに逆転する。PWM部530に供給される他の信号Ma,Pa,Eaは以下のように決定される。
In the forward / reverse
磁気センサ40Aの出力SSAは、符号化部560に供給される。符号化部560は、磁気センサ出力SSAのレンジを変換するとともに、センサ出力の中位点の値を0に設定する。この結果、符号化部560で生成されるセンサ出力値Xaは、正側の所定の範囲(例えば+127〜+0)と負側の所定の範囲(例えば−0〜−127)の値を取る。但し、符号化部560から乗算器550に供給されるのは、センサ出力値Xaの絶対値であり、その正負符号は正負符号信号PaとしてPWM部530に供給される。電圧指令値レジスタ580は、計測部420から与えられた電圧指令値Yaを記憶する。計測部420の動作については後述する。
The output SSA of the
電圧指令値Yaは、後述する励磁区間信号Eaとともに、モータの平均電圧を設定する値として機能するものであり、例えば0〜1.0の値を取る。仮に、非励磁区間を設けずに全区間を励磁区間とするように励磁区間信号Eaを設定した場合には、Ya=0は平均電圧をゼロとすることを意味し、Ya=1.0は平均電圧を最大値とすることを意味する。後述するように、本実施例のモータでは、この電圧指令値Ya及び励磁区間信号Eaが、測定電流値Isxに応じたサーボ制御(PID制御)によって決定される。したがって、本実施例のモータは、サーボモータとして利用することが可能である。 The voltage command value Ya functions as a value for setting an average voltage of the motor together with an excitation interval signal Ea described later, and takes a value of 0 to 1.0, for example. If the excitation interval signal Ea is set so that the entire excitation interval is set without providing the non-excitation interval, Ya = 0 means that the average voltage is zero, and Ya = 1.0 is This means that the average voltage is the maximum value. As will be described later, in the motor of this embodiment, the voltage command value Ya and the excitation interval signal Ea are determined by servo control (PID control) corresponding to the measured current value Isx. Therefore, the motor of this embodiment can be used as a servo motor.
図4(A)の乗算器550は、符号化部560から出力されたセンサ出力値Xaと、電圧指令値Yaとを乗算して整数化し、その乗算値MaをPWM部530に供給する。図4(B)〜(E)は、乗算値Maが種々の値を取る場合におけるPWM部530の動作を示している。ここでは、全期間が励磁区間であり非励磁区間が無いものと仮定している。PWM部530は、クロック信号SDCの1周期の間に、デューティがMa/Nであるパルスを1つ発生させる回路である。すなわち、図4(B)〜(E)に示すように、乗算値Maが増加するに従って、A相駆動信号DRVA1,DRVA2のパルスのデューティが増加する。なお、第1の駆動信号DRVA1は、磁気センサ出力SSAが正のときにのみパルスを発生する信号であり、第2の駆動信号DRVA2は磁気センサ出力SSAが負のときにのみパルスを発生する信号であるが、図4(B)〜(E)ではこれらを合わせて記載している。また、便宜上、第2の駆動信号DRVA2を負側のパルスとして描いている。
The
図5(A)〜(C)は、磁気センサ出力の波形とPWM部530で生成される駆動信号の波形の対応関係を示す説明図である。図中、「Hiz」は電磁コイルを未励磁状態としたハイインピーダンス状態を意味している。図4で説明したように、A相駆動信号DRVA1,DRVA2は磁気センサ出力SSAのアナログ波形を利用したPWM制御によって生成される。従って、これらのA相駆動信号DRVA1,DRVA2を用いれば、各コイルに、磁気センサ出力SSAの変化に対応する実効電圧を供給することが可能である。
5A to 5C are explanatory diagrams illustrating the correspondence between the waveform of the magnetic sensor output and the waveform of the drive signal generated by the
PWM部530は、さらに、励磁区間設定部590から供給される励磁区間信号Eaで設定される励磁区間のみに駆動信号を出力し、励磁区間以外の区間(非励磁区間)では駆動信号を出力しないように構成されている。図5(B)は、全区間を励磁区間EPに設定した場合の駆動信号波形を示している。図5(C)は、励磁区間信号Eaによって励磁区間EPと非励磁区間NEPを設定した場合の駆動信号波形を示している。図5(C)の励磁区間EPでは、図5(B)の駆動信号パルスがそのまま発生し、非励磁区間NEPでは駆動信号パルスが発生しない。このように、励磁区間EPと非励磁区間NEPを設定するようにすれば、センサ出力の中位点近傍(これは逆起電力波形の中位点近傍に相当する)においてコイルに電圧を印加しないので、モータの効率をさらに向上させることが可能である。なお、励磁区間EPは、センサ出力波形(これは逆起電力波形にほぼ等しい)のピークを中心とする対称な区間に設定されることが好ましく、非励磁区間NEPは、センサ出力波形の中位点(中心点)を中心とする対称な区間に設定されることが好ましい。
Further, the
図6は、PWM部530(図4)の内部構成の一例を示すブロック図である。PWM部530は、カウンタ531と、EXOR回路533と、駆動波形形成部535とを備えている。これらは以下のように動作する。
FIG. 6 is a block diagram illustrating an example of an internal configuration of the PWM unit 530 (FIG. 4). The
図7は、モータ正転時のPWM部530の動作を示すタイミングチャートである。この図には、2つのクロック信号PCL,SDCと、正逆方向指示値RIと、励磁区間信号Eaと、乗算値Maと、正負符号信号Paと、カウンタ531内のカウント値CM1と、カウンタ531の出力S1と、EXOR回路533の出力S2と、駆動波形形成部535の出力信号DRVA1,DRVA2とが示されている。カウンタ531は、クロック信号SDCの1期間毎に、クロック信号PCLに同期してカウント値CM1を0までダウンカウントする動作を繰り返す。カウント値CM1の初期値は乗算値Maに設定される。なお、図7では、図示の便宜上、乗算値Maとして負の値も描かれているが、カウンタ531で使用されるのはその絶対値|Ma|である。カウンタ531の出力S1は、カウント値CM1が0で無い場合にはHレベルに設定され、カウント値CM1が0になるとLレベルに立ち下がる。
FIG. 7 is a timing chart showing the operation of the
EXOR回路533は、正負符号信号Paと正逆方向指示値RIとの排他的論理和を示す信号S2を出力する。モータが正転する場合には、正逆方向指示値RIがLレベルである。従って、EXOR回路533の出力S2は、正負符号信号Paと同じ信号となる。駆動波形形成部535は、カウンタ531の出力S1と、EXOR回路533の出力S2から、駆動信号DRVA1,DRVA2を生成する。すなわち、カウンタ531の出力S1のうち、EXOR回路533の出力S2がLレベルの期間の信号を第1の駆動信号DRVA1として出力し、出力S2がHレベルの期間の信号を第2の駆動信号DRVA2として出力する。なお、図7の右端部付近では、励磁区間信号EaがLレベルに立ち下がり、これによって非励磁区間NEPが設定されている。従って、この非励磁区間NEPでは、いずれの駆動信号DRVA1,DRVA2も出力されず、ハイインピーダンス状態に維持される。
The
図8は、モータ逆転時のPWM部530の動作を示すタイミングチャートである。モータ逆転時には、正逆方向指示値RIがHレベルに設定される。この結果、2つの駆動信号DRVA1,DRVA2が図7から入れ替わっており、この結果、モータが逆転することが理解できる。
FIG. 8 is a timing chart showing the operation of the
図9は、励磁区間設定部590の内部構成と動作を示す説明図である。励磁区間設定部590は、電子可変抵抗器592と、電圧比較器594,596と、OR回路598とを有している。電子可変抵抗器592の抵抗値Rvは、CPU220によって設定される。電子可変抵抗器592の両端の電圧V1,V2は、電圧比較器594,596の一方の入力端子に与えられている。電圧比較器594,596の他方の入力端子には、磁気センサ出力SSAが供給されている。電圧比較器594,596の出力信号Sp,Snは、OR回路598に入力されている。OR回路598の出力は、励磁区間EPと非励磁区間NEPとを区別するための励磁区間信号Eaである。
FIG. 9 is an explanatory diagram showing the internal configuration and operation of the excitation
図9(B)は、励磁区間設定部590の動作を示している。電子可変抵抗器592の両端電圧V1,V2は、抵抗値Rvを調整することによって変更される。具体的には、両端電圧V1,V2は、電圧レンジの中央値(=VDD/2)からの差分が等しい値に設定される。磁気センサ出力SSAが第1の電圧V1よりも高い場合には第1の電圧比較器594の出力SpがHレベルとなり、一方、磁気センサ出力SSAが第2の電圧V2よりも低い場合には第2の電圧比較器596の出力SnがHレベルとなる。励磁区間信号Eaは、これらの出力信号Sp,Snの論理和を取った信号である。従って、図9(B)の下部に示すように、励磁区間信号Eaは、励磁区間EPと非励磁区間NEPとを示す信号として使用することができる。励磁区間EPと非励磁区間NEPの設定は、計測部420が可変抵抗値Rvの値を更新することによって行なわれる。
FIG. 9B shows the operation of the excitation
上述の説明から理解できるように、本実施例のブラシレスモータでは、電圧指令値Yaによって乗算値Ma(駆動信号のデューティ)を調整し、励磁区間信号Eaによって励磁区間EPと非励磁区間NEPを調整をすることができる。換言すれば、本実施例のブラシレスモータでは、電圧指令値Ya及び可変抵抗値Rvを調整することによって、ブラシレスモータに電源電圧が供給される期間の割合を調整することが可能である。 As can be understood from the above description, in the brushless motor of this embodiment, the multiplication value Ma (duty of the drive signal) is adjusted by the voltage command value Ya, and the excitation interval EP and the non-excitation interval NEP are adjusted by the excitation interval signal Ea. Can do. In other words, in the brushless motor of the present embodiment, it is possible to adjust the ratio of the period during which the power supply voltage is supplied to the brushless motor by adjusting the voltage command value Ya and the variable resistance value Rv.
図10は、電源からモータ本体の電磁コイルまでの回路構成を模式的に示す説明図である。ドライバ回路250及び電磁コイル11は、電源24と接続されている。電源24は、電源電圧Es(以下では供給電圧値Esとも呼ぶ)を電磁コイル11に供給する。電磁コイル11は、内部抵抗31と、逆起電力Egとで模擬されている。内部抵抗31の抵抗値は、Rdcである。逆起電力Egは、モータが駆動されているときに発生する電圧である。
FIG. 10 is an explanatory diagram schematically showing a circuit configuration from the power source to the electromagnetic coil of the motor body. The
図11は、計測部420の内部構成を示すブロック図である。計測部420は、供給電圧値記憶部421と、抵抗値記憶部422と、逆起電力定数記憶部423と、PWM値記憶部424とを備えている。計測部420は、さらに、回転速度入力部425と、目標トルク値設定部426と、トルク定数記憶部427と、演算部428と、PID制御部429と、変換部430とを備えている。
FIG. 11 is a block diagram illustrating an internal configuration of the
供給電圧値記憶部421は、電源24(図11)から電磁コイル11に供給される供給電圧値Esを記憶する。抵抗値記憶部422は、内部抵抗31(図11)の抵抗値Rdcを記憶する。なお、抵抗値記憶部422は、内部抵抗31の温度等から抵抗値Rdcを算出することとしてもよい。逆起電力定数記憶部423は、モータ本体100の逆起電力定数Keを記憶する。PWM値記憶部424は、PWM値Dold[%]を記憶する。
The supply voltage
このPWM値Doldは、モータにPWM制御が行なわれている場合において、電磁コイル11に電源が供給されている期間の長さの、全期間に対する割合を示す値である。すなわち、モータに対してPWM制御が行なわれた結果として、電磁コイル11に電源が供給される期間の長さが0.6であり、電磁コイル11に電源が供給されない期間の長さが0.4である場合には、PWM値Dold=60%となる。電磁コイル11に電源が供給される期間の長さは、上述したように、電圧指令値Yaと、可変抵抗値Rvによって決定される。CPU220は、電圧指令値Yaと抵抗値Rvの値から、PWM値Doldを算出し、このPWM値DoldをPWM値記憶部424に供給する。
This PWM value D old is a value indicating the ratio of the length of the period during which power is supplied to the
回転速度入力部425は、回転エンコーダ300からの位置信号REPを回転速度N[rpm]に変換し、回転速度Nを演算部428に供給する。なお、回転エンコーダ300としては、高分解能のエンコーダを用いることが好ましい。また、停止状態付近の不安定領域を除去するため、回転速度入力部425は、例えばN=0.001[rpm]以下の場合には、N=0[rpm]とすることとしてもよい。また、回転速度入力部425は、過去の回転速度Nの値から、未来の回転速度Nの値を予測・算出することとしてもよい。
The rotational
目標トルク値設定部426は、モータが発生する目標となるトルク値Ttを設定する。この目標トルク値Trは、演算部428に供給される。トルク定数記憶部427は、モータ本体100におけるトルク定数Ktを記憶する。
The target torque
演算部428は、以下の式(1)にしたがって、モータの回転速度ω[rad/s]を算出する。
図12は、演算部428による演算結果を示す表である。この図7では、供給電圧値Es=150[V]、抵抗値Rdc=80[Ω]、逆起電力定数Ke=0.4[Vs/rad]である。この図7によれば、回転速度Nが10[rpm]、100[rpm]、1000[rpm]、1500[rpm]の場合には、電流値Isxは、それぞれ0.18[A]、0.32[A]、0.41[A]、0.15[A]として算出されることが理解できる。
FIG. 12 is a table showing calculation results by the
PID制御部429(図11)は、電流値Isxと、目標電流値Itとを入力とし、PID制御をおこなって、更新PWM値Dnewを決定する。すなわち、PID制御部429は、測定電流値Isxと目標電流値Itとの偏差(Isx−It)を求め、この偏差に対する比例動作と積分動作と微分動作を行うことによって、更新PWM値Dnewを決定する。なお、PID制御以外の他の制御方法を用いて更新PWM値Dnewを決定してもよい。この更新PWM値Dnewは、変換部430に供給される。
The PID control unit 429 (FIG. 11) receives the current value Isx and the target current value It, performs PID control, and determines the updated PWM value D new . That is, the
変換部430は、電磁コイル11に電源が供給されている期間の割合が更新PWM値Dnewとなるように、電圧指令値Yaと抵抗値Rvを算出する。この更新された電圧指令値Yaと抵抗値Rvは、それぞれ電圧指令値レジスタ580及び励磁区間設定部590に供給される。この結果、電流値Isxが目標電流値Itを追従するように、駆動信号が生成される。すなわち、モータの発生するトルクが、目標トルク値を追従するように、駆動信号が生成される。なお、CPU220は、目標トルク値を書き換えることが可能である。また、抵抗値Rv(すなわち励磁区間EPの割合)は、常に一定値(例えばEP=100%)に維持するようにしてもよい。
このように、本実施例におけるブラシレスモータでは、計測部420が電流値Isxを算出するので、シャント抵抗を省略することができる。そして、シャント抵抗による電力損失や、発熱を抑制することが可能となる。また、本実施例におけるブラシレスモータでは、目標トルク値Ttを追従するように、駆動信号を生成することができる。
Thus, in the brushless motor in the present embodiment, the
B.第2実施例:
図13は、第2実施例における計測部420bの内部構成を示すブロック図である。第2実施例における計測部420bは、PWM値記憶部424及びPID制御部429が省略されているという点と、演算部428bの動作が異なっているという点が、図11に示した第1実施例における計測部420と異なっている。
B. Second embodiment:
FIG. 13 is a block diagram illustrating an internal configuration of the
演算部428bは、第1実施例の演算部428と同様に、上記式(1)、式(2)及び式(5)にしたがって、回転速度ω、逆起電力Eg及び目標電流値Itを算出する。次に、演算部428bは、以下の式(6)にしたがって、更新供給電圧値Enew[V]を算出する。
そして、演算部428bは、以下の式(7)にしたがって、更新PWM値Dnew[%]を算出する。
Then, the
図14ないし図17は、演算部428bによる演算結果を示す表である。図14は、回転速度Nが一定(N=100)で、目標トルク値Ttを変化させた場合の演算結果を示している。このように、回転速度Nが一定であっても、目標トルク値Ttが変化する場合には、更新PWM値Dnewも変化することが理解できる。
14 to 17 are tables showing calculation results by the
図15は、回転速度Nが変化する場合において、目標トルク値Ttが0.001[Nm]に設定されている場合と、目標トルク値Ttが−0.005[Nm]に設定されている場合の演算結果を示している。なお、更新PWM値Dnewがマイナスを示す場合は、CPU220が正逆方向指示値RIをHレベルに設定し、モータに逆転の駆動力を発生させる。
FIG. 15 shows the case where the target torque value Tt is set to 0.001 [Nm] and the target torque value Tt is set to −0.005 [Nm] when the rotational speed N changes. The calculation result of is shown. Incidentally, if the update PWM value D new new indicates negative,
図16は、回転速度Nが変化する場合において、目標トルク値Ttも変化させている場合の演算結果を示している。図17は、図16にモータの回転位置を追加した表である。なお、計測部は、目標回転位置と、実際に回転エンコーダ300で検出される回転位置とに基づいてPID制御を行なって、モータの位置制御をすることとしてもよい。
FIG. 16 shows the calculation result when the target torque value Tt is also changed when the rotational speed N is changed. FIG. 17 is a table in which the rotational position of the motor is added to FIG. Note that the measurement unit may perform PID control based on the target rotation position and the rotation position actually detected by the
このように、第2実施例では、計測部420bが更新PWM値Dnewを適切に算出するので、適切にモータを制御することが可能である。
Thus, in the second embodiment, since the
C.変形例:
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
C. Variation:
The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.
C1.変形例1:
本発明は、各種の装置に適用可能である。例えば、本発明は、ファンモータ、時計(針駆動)、ドラム式洗濯機(単一回転)、ジェットコースタ、振動モータなどの種々の装置のモータに適用可能である。本発明をファンモータに適用した場合には、上述した種々の効果(低消費電力、低振動、低騒音、低回転ムラ、低発熱、高寿命)が特に顕著である。このようなファンモータは、例えば、デジタル表示装置や、車載機器、燃料電池式パソコン、燃料電池式デジタルカメラ、燃料電池式ビデオカメラ、燃料電池式携帯電話などの燃料電池使用機器、プロジェクタ等の各種装置のファンモータとして使用することができる。本発明のモータは、さらに、各種の家電機器や電子機器のモータとしても利用可能である。例えば、光記憶装置や、磁気記憶装置、ポリゴンミラー駆動装置等において、本発明によるモータをスピンドルモータとして使用することが可能である。また、本発明によるモータは、移動体やロボット用のモータとしても利用可能である。
C1. Modification 1:
The present invention is applicable to various devices. For example, the present invention can be applied to motors of various devices such as a fan motor, a clock (hand drive), a drum-type washing machine (single rotation), a roller coaster, and a vibration motor. When the present invention is applied to a fan motor, the various effects described above (low power consumption, low vibration, low noise, low rotation unevenness, low heat generation, long life) are particularly remarkable. Such fan motors are, for example, various devices such as digital display devices, in-vehicle devices, fuel cell computers, fuel cell digital cameras, fuel cell video cameras, fuel cell mobile phones, and other fuel cell equipment. It can be used as a fan motor for the device. The motor of the present invention can also be used as a motor for various home appliances and electronic devices. For example, the motor according to the present invention can be used as a spindle motor in an optical storage device, a magnetic storage device, a polygon mirror drive device, or the like. The motor according to the present invention can also be used as a motor for a moving body or a robot.
図18は、本発明の実施例によるモータを利用したプロジェクタを示す説明図である。このプロジェクタ3100は、赤、緑、青の3色の色光を発光する3つの光源3110R、3110G、3110Bと、これらの3色の色光をそれぞれ変調する3つの液晶ライトバルブ3140R、3140G、3140Bと、変調された3色の色光を合成するクロスダイクロイックプリズム3150と、合成された3色の色光をスクリーンSCに投写する投写レンズ系3160と、プロジェクタ内部を冷却するための冷却ファン3170と、プロジェクタ3100の全体を制御する制御部3180と、を備えている。冷却ファン3170を駆動するモータとしては、上述した各種のブラシレスモータを利用することができる。
FIG. 18 is an explanatory diagram showing a projector using a motor according to an embodiment of the present invention. The
図19(A)〜(C)は、本発明の実施例によるモータを利用した燃料電池式携帯電話を示す説明図である。図19(A)は携帯電話3200の外観を示しており、図19(B)は、内部構成の例を示している。携帯電話3200は、携帯電話3200の動作を制御するMPU3210と、ファン3220と、燃料電池3230とを備えている。燃料電池3230は、MPU3210やファン3220に電源を供給する。ファン3220は、燃料電池3230への空気供給のために携帯電話3200の外から内部へ送風するため、或いは、燃料電池3230で生成される水分を携帯電話3200の内部から外に排出するためのものである。なお、ファン3220を図19(C)のようにMPU3210の上に配置して、MPU3210を冷却するようにしてもよい。ファン3220を駆動するモータとしては、上述した各種のブラシレスモータを利用することができる。
FIGS. 19A to 19C are explanatory views showing a fuel cell type mobile phone using a motor according to an embodiment of the present invention. FIG. 19A illustrates an appearance of the
図20は、本発明の実施例によるモータ/発電機を利用した移動体の一例としての電動自転車(電動アシスト自転車)を示す説明図である。この自転車3300は、前輪にモータ3310が設けられており、サドルの下方のフレームに制御回路3320と充電池3330とが設けられている。モータ3310は、充電池3330からの電力を利用して前輪を駆動することによって、走行をアシストする。また、ブレーキ時にはモータ3310で回生された電力が充電池3330に充電される。制御回路3320は、モータの駆動と回生とを制御する回路である。このモータ3310としては、上述した各種のブラシレスモータを利用することが可能である。
FIG. 20 is an explanatory view showing an electric bicycle (electric assist bicycle) as an example of a moving body using a motor / generator according to an embodiment of the present invention. In this
図21は、本発明の実施例によるモータを利用したロボットの一例を示す説明図である。このロボット3400は、第1と第2のアーム3410,3420と、モータ3430とを有している。このモータ3430は、被駆動部材としての第2のアーム3420を水平回転させる際に使用される。このモータ3430としては、上述した各種のブラシレスモータを利用することが可能である。
FIG. 21 is an explanatory diagram showing an example of a robot using a motor according to an embodiment of the present invention. The
図22は、本発明の実施例によるモータを利用した鉄道車両を示す説明図である。この鉄道車両3500は、モータ3510と、車輪3520とを有している。このモータ3510は、車輪3520を駆動する。さらに、モータ3510は、鉄道車両3500の制動時には発電機として利用され、電力が回生される。このモータ3510としては、上述した各種のブラシレスモータを利用することができる。
FIG. 22 is an explanatory diagram showing a railway vehicle using a motor according to an embodiment of the present invention. The
C2.変形例2:
上記第1実施例では、PID制御を用いてフィードバック制御を行なっていたが、この代わりに、P制御やPI制御等の各種のフィードバック制御技術を用いることも可能である。
C2. Modification 2:
In the first embodiment, feedback control is performed using PID control, but various feedback control techniques such as P control and PI control can be used instead.
C3.変形例3:
上記実施例では、供給電圧値Esを固定とし、PWM制御と、電圧指令値Yaの制御及び励磁区間EPの制御とを行なって、電磁コイルに供給される電圧の平均値を変化させているが、この代わりに、PWM制御と、電圧指令値Yaの制御及び励磁区間EPの制御とを行なわずに、供給電圧値Esを変化させて、電磁コイルに供給される電圧を変化させることとしてもよい。この場合には、電動機としてブラシ付きDCモータを利用してもよい。また、PWM制御と、電圧指令値Yaの制御及び励磁区間EPの制御と伴に、供給電圧値Esを変化させることとしてもよい。
C3. Modification 3:
In the above embodiment, the supply voltage value Es is fixed, the PWM control, the control of the voltage command value Ya, and the control of the excitation interval EP are performed to change the average value of the voltage supplied to the electromagnetic coil. Instead of this, the voltage supplied to the electromagnetic coil may be changed by changing the supply voltage value Es without performing the PWM control, the control of the voltage command value Ya, and the control of the excitation interval EP. . In this case, a brushed DC motor may be used as the electric motor. Further, the supply voltage value Es may be changed together with the PWM control, the control of the voltage command value Ya, and the control of the excitation interval EP.
C4.変形例4:
上記実施例においてソフトウェアで実現されている機能の一部をハードウェアで実現してもよく、あるいは、ハードウェアで実現されている機能の一部をソフトウェアで実現してもよい。
C4. Modification 4:
In the above embodiment, a part of the functions realized by software may be realized by hardware, or a part of the functions realized by hardware may be realized by software.
C5.変形例5:
上記実施例では、2相のモータとして説明されているが、本発明は1相モータや3相以上のモータにも適用することができる。
C5. Modification 5:
In the above embodiment, the motor is described as a two-phase motor, but the present invention can also be applied to a one-phase motor or a motor having three or more phases.
10…ステータコイル
11…電磁コイル
24…電源
30…ロータ
31…内部抵抗
40A…磁気センサ
100…モータ本体
112…回転軸
200…駆動制御回路
220…CPU
240…駆動信号生成部
250…ドライバ回路
260…AD変換部
300…回転エンコーダ
420…計測部
420b…計測部
421…供給電圧値記憶部
422…抵抗値記憶部
423…逆起電力定数記憶部
424…PWM値記憶部
425…回転速度入力部
426…目標トルク値設定部
427…トルク定数記憶部
428…演算部
428b…演算部
429…PID制御部
430…変換部
510…基本クロック生成回路
520…分周器
530…PWM部
531…カウンタ
533…EXOR回路
535…駆動波形形成部
540…正逆方向指示値レジスタ
550…乗算器
560…符号化部
580…電圧指令値レジスタ
590…励磁区間設定部
592…電子可変抵抗器
594…電圧比較器
596…電圧比較器
3100…プロジェクタ
3110…光源
3140…液晶ライトバルブ
3150…クロスダイクロイックプリズム
3160…投写レンズ系
3170…冷却ファン
3180…制御部
3200…携帯電話
3220…ファン
3230…燃料電池
3300…自転車
3310…モータ
3320…制御回路
3330…充電池
3400…ロボット
3410…第1のアーム
3420…第2のアーム
3430…モータ
3500…鉄道車両
3510…モータ
3520…車輪
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記電動機が有する第1の駆動部材と第2の駆動部材との相対速度を入力とする速度入力部と、
前記相対速度と、前記電動機に供給される電圧の電圧値である供給電圧値と、前記電動機が有する電磁コイルの抵抗値と、前記電動機の逆起電力定数と、に基づいて、前記電磁コイルに流れる電流値を算出する演算部と、
前記算出された電流値に基づいて、前記電動機を制御する制御部と、
を備える、制御装置。 A control device for an electric motor,
A speed input unit that inputs a relative speed between the first drive member and the second drive member of the electric motor;
Based on the relative speed, a supply voltage value that is a voltage value of a voltage supplied to the electric motor, a resistance value of the electromagnetic coil that the electric motor has, and a back electromotive force constant of the electric motor, A calculation unit for calculating a current value flowing;
A control unit for controlling the electric motor based on the calculated current value;
A control device comprising:
前記演算部は、さらに、前記電動機が発生するトルクの目標値である目標トルク値と前記電動機のトルク定数とに基づいて、目標電流値を算出し、
前記制御部は、前記算出された電流値と前記目標電流値とに基づいて、前記供給電圧値の平均値を調整するフィードバック制御を行なう、制御装置。 The motor control device according to claim 1,
The calculation unit further calculates a target current value based on a target torque value that is a target value of torque generated by the electric motor and a torque constant of the electric motor,
The said control part is a control apparatus which performs feedback control which adjusts the average value of the said supply voltage value based on the said calculated electric current value and the said target electric current value.
前記電動機が有する第1の駆動部材と第2の駆動部材との相対速度を入力とする速度入力部と、
前記相対速度と、前記電動機に供給される電圧の電圧値である供給電圧値と、前記電動機が有する電磁コイルの抵抗値と、前記電動機の逆起電力定数と、前記電動機のトルク定数と、前記電動機が発生するトルクの目標値である目標トルク値とに基づいて、前記供給電圧値の平均値に関連付けられた平均電圧指標値を算出する演算部と、
前記算出された平均電圧指標値に基づいて、前記電動機を制御する制御部と、
を備える、制御装置。 A control device for an electric motor,
A speed input unit that inputs a relative speed between the first drive member and the second drive member of the electric motor;
The relative speed, a supply voltage value that is a voltage value of a voltage supplied to the electric motor, a resistance value of an electromagnetic coil that the electric motor has, a counter electromotive force constant of the electric motor, a torque constant of the electric motor, An arithmetic unit that calculates an average voltage index value associated with an average value of the supply voltage values based on a target torque value that is a target value of torque generated by the electric motor;
A control unit for controlling the electric motor based on the calculated average voltage index value;
A control device comprising:
前記電動機搭載装置は、電子機器である、装置。 The electric motor mounting device according to claim 5,
The motor mounting device is an electronic device.
前記電動機搭載装置は、プロジェクタである、装置。 The electric motor mounting device according to claim 5,
The motor mounted device is a projector.
前記電動機搭載装置は、移動体である、装置。 The electric motor mounting device according to claim 5,
The electric motor mounting device is a moving body.
前記電動機搭載装置は、ロボットである、装置。 The electric motor mounting device according to claim 5,
The motor mounted device is a robot.
前記電動機が有する第1の駆動部材と第2の駆動部材との相対速度を入力とする工程と、
前記相対速度と、前記電動機に供給される電圧の電圧値である供給電圧値と、前記電動機が有する電磁コイルの抵抗値と、前記電動機の逆起電力定数と、に基づいて、前記電磁コイルに流れる電流値を算出する工程と、
前記算出された電流値に基づいて、前記電動機を制御する工程と、
を備える、制御方法。 An electric motor control method,
A step of inputting a relative speed between the first drive member and the second drive member of the electric motor;
Based on the relative speed, a supply voltage value that is a voltage value of a voltage supplied to the electric motor, a resistance value of the electromagnetic coil that the electric motor has, and a back electromotive force constant of the electric motor, A step of calculating a flowing current value;
Controlling the electric motor based on the calculated current value;
A control method comprising:
前記電動機が有する第1の駆動部材と第2の駆動部材との相対速度を入力とする工程と、
前記相対速度と、前記電動機に供給される電圧の電圧値である供給電圧値と、前記電動機が有する電磁コイルの抵抗値と、前記電動機の逆起電力定数と、前記電動機のトルク定数と、前記電動機が発生するトルクの目標値である目標トルク値とに基づいて、前記供給電圧値の平均値に関連付けられた平均電圧指標値を算出する工程と、
前記算出された平均電圧指標値に基づいて、前記電動機を制御する工程と、
を備える、制御方法。 An electric motor control method,
A step of inputting a relative speed between the first drive member and the second drive member of the electric motor;
The relative speed, a supply voltage value that is a voltage value of a voltage supplied to the electric motor, a resistance value of an electromagnetic coil that the electric motor has, a counter electromotive force constant of the electric motor, a torque constant of the electric motor, Calculating an average voltage index value associated with the average value of the supply voltage values based on a target torque value that is a target value of torque generated by the electric motor;
Controlling the electric motor based on the calculated average voltage index value;
A control method comprising:
前記電動機が有する第1の駆動部材と第2の駆動部材との相対速度を入力とする機能と、
前記相対速度と、前記電動機に供給される電圧の電圧値である供給電圧値と、前記電動機が有する電磁コイルの抵抗値と、前記電動機の逆起電力定数と、に基づいて、前記電磁コイルに流れる電流値を算出する機能と、
前記算出された電流値に基づいて、前記電動機を制御する機能と、
を前記コンピュータに実現させるコンピュータプログラム。 A computer program for causing a computer to execute control processing of an electric motor,
A function of inputting a relative speed between the first drive member and the second drive member of the electric motor;
Based on the relative speed, a supply voltage value that is a voltage value of a voltage supplied to the electric motor, a resistance value of the electromagnetic coil that the electric motor has, and a back electromotive force constant of the electric motor, A function to calculate the current value flowing,
A function of controlling the electric motor based on the calculated current value;
A computer program for causing the computer to realize the above.
前記電動機が有する第1の駆動部材と第2の駆動部材との相対速度を入力とする機能と、
前記相対速度と、前記電動機に供給される電圧の電圧値である供給電圧値と、前記電動機が有する電磁コイルの抵抗値と、前記電動機の逆起電力定数と、前記電動機のトルク定数と、前記電動機が発生するトルクの目標値である目標トルク値とに基づいて、前記供給電圧値の平均値に関連付けられた平均電圧指標値を算出する機能と、
前記算出された平均電圧指標値に基づいて、前記電動機を制御する機能と、
を前記コンピュータに実現させるコンピュータプログラム。 A computer program for causing a computer to execute control processing of an electric motor,
A function of inputting a relative speed between the first drive member and the second drive member of the electric motor;
The relative speed, a supply voltage value that is a voltage value of a voltage supplied to the electric motor, a resistance value of an electromagnetic coil that the electric motor has, a counter electromotive force constant of the electric motor, a torque constant of the electric motor, A function of calculating an average voltage index value associated with an average value of the supply voltage values based on a target torque value that is a target value of torque generated by the electric motor;
A function of controlling the electric motor based on the calculated average voltage index value;
A computer program for causing the computer to realize the above.
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