JP4166332B2 - 可変磁気抵抗形位置検出器と感温スイッチを用いるモータ制御装置 - Google Patents

可変磁気抵抗形位置検出器と感温スイッチを用いるモータ制御装置 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可変磁気抵抗形位置検出器と感温スイッチを用いるモータ制御装置に関し、特に、該位置検出器により、回転子の位置を検出して、モータの位置制御を行うとともに、感温スイッチを該モータ本体に配設して、該モータの温度上昇を監視し、かつ過熱から保護する装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種のモータ制御装置1の構成図を図5に示す。
図5によれば、モータ2には、その回転子の位置検出器3と感温スイッチ4とがそれぞれ装着され、該位置検出器3とモータ制御装置1内の位置検出回路5とにより、該回転子の位置を検出して、その位置検出信号6を前記制御装置1内のモータ駆動回路を含む制御回路7に出力するとともに、該感温スイッチ4と前記制御装置1内の温度検出回路8とにより、該モータ2の温度上昇を検出して、その温度検出信号9を前記制御装置1内の制御回路7にそれぞれ出力している。
そして、該位置検出信号6と温度検出信号9とが、前記制御装置1で、別々に処理され、該モータ2の位置制御が行われるとともに、前記モータ2は異常な温度上昇から保護されていた。
【0003】
前記位置検出器3としては、例えば、可変磁気抵抗形位置検出器、すなわちVR形レゾルバがある。該レゾルバ3は、前記モータ2の回転子に結合されるとともに、その巻線に高周波電源が供給され、回転子位置情報として互いに90゜位相のずれた、2相正弦波信号(電圧)3を出力するものである。
【0004】
他方、回転子の位置検出部内蔵形モータとしては、例えば図6の構成断面図に示される位置検出部が内蔵された2相直流モータ10がある。
図6によれば、前記モータ10は、固定子11と、回転子12と、該回転子12にトルクを発生させる複数個(図では20個)の突極15にそれぞれ回巻したモータ巻線部13と、該回転子12の回転子位置を検出するための複数個(図では4個)の突極15にそれぞれ回巻したコイルからなる可変磁気抵抗形位置検出部14とから構成されている。
【0005】
前記固定子11は、内側に向かって放射状に等ピッチ角で配設された複数個(図では24個)の突極15を有する。前記回転子12は、該固定子11の中心軸上で、その外周面が、前記固定子11の内周面と空隙を介して前記突極15に対向するように配設され、その回転軸16の両端が図示しないブラケットと軸受により回動自在に支持されている。そして、その外周面には複数個(図では9対、すなわち18個)の永久磁石17が、前記突極15に対向するようにその極性を外周面に沿って交互に繰り返して配置されている。
【0006】
前記固定子11の24個の突極15のうち、20個の突極15にはトルク発生用の巻線が回巻されるとともに、2相すなわち、A相、逆A相、B相、逆B相に結線されて、前記モータ巻線部13が形成されている。また、固定子11の残りの4個の突極15には、回転子位置検出コイルが回巻されるとともに、2組の検出コイル回路に結線された2対の突極15からなる前記位置検出部14が形成されている。
【0007】
該検出部14は、前記2組の検出コイル回路のうち、一方は前記2対の突極15のうち第1対に回巻されたコイルSa、Sdに接続され、他方は前記2対の突極15のうち第2対に回巻されたコイルSb、Scに接続されるとともに、各コイルSa,Sb,Sc,Sdは、コイルSa,Sc間が75度(5突極分のピッチ角)、コイルSc,Sb間が90度(6突極分のピッチ角)、コイルSb,Sd間が105度(7突極分のピッチ角)、コイルSd,Sa間が90度(6突極分のピッチ角)で、前記固定子11に配置されている。(特開昭62ー244265 号公報、又は特公平8-15387 号公報)
【0008】
前記位置検出部14は、2組の検出チャンネルからなり、前記それぞれ1対にされたコイルSa,SdおよびSb,Scのインダクタンス変化から、前記回転子の位置検出信号を発生するようにしている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記モータ制御装置1の場合、該モータ2と前記モータ制御装置1との間の信号線の本数が少なければ、少ないほど、信号線の断線が少なくなり、該モータ2と該制御装置1の接続ケーブルのコストを安価にし、かつ信頼性をよくすることができる。
しかしながら、このような従来のモータ制御装置1にあっては、回転子の位置検出器3や位置検出部14のような可変磁気抵抗形位置検出器を使用した場合には、4本の信号線が必要になり、さらに、温度検出用として、2本、計6本の信号線が必要になるという問題点があった。
【0010】
また、回転子に連結する位置検出器3、又はモータ10に内蔵される位置検出部14から出力される位置検出信号と、モータ2,10の内部温度を感知する感温スイッチ4から出力される温度検出信号とが、関連して信号処理されていないという問題点があった。
【0011】
本発明はかかる点に鑑みなされたもので、その目的は前記問題点を解消し、モータ内部温度の検出手段としての温度スイッチからの信号と、回転子の位置検出手段として、該回転子に連結する位置検出器、又はモータに内蔵される位置検出部から出力される位置検出信号と一括して信号処理でき、かつ、温度検出に伴う信号線数を増やすことなく、位置検出、温度検出が可能な可変磁気抵抗形位置検出器と温度スイッチを用いるモータ制御装置を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明の構成は、巻線に高周波電源が供給される可変磁気抵抗形位置検出器と、復調器とにより、回転子の位置を検出して、モータの位置制御を行うモータ制御装置において、次のとおりである。
【0013】
前記位置検出器を4個の第1ないし第4の位置検出コイルから構成し、該第1、第2の位置検出コイルと、該第3、第4の位置検出コイルとが、それぞれ直列に接続されたものを、互いに並列に接続して、ブリッジ回路を形成し、その両端に、接地に対して正側と負側の両側に構成された高周波電源を印加して、前記第1、第2の位置検出コイルと、前記第3、第4の位置検出コイルのそれぞれの中点から、前記回転子の位置検出信号を出力させ、感温スイッチを、前記モータの本体に配設するとともに、前記高周波電源の片側の出力端子と、前記位置検出器の前記高周波電源が入力される前記両端の一方の端子との間に直列に接続して、前記制御装置により前記モータの位置を制御しながら、前記感温スイッチの作動を前記位置検出器からの前記位置検出信号のレベルの変化を基に感知し、該モータの過熱を保護する可変磁気抵抗形位置検出器と感温スイッチを用いるモータ制御装置である
【0014】
また、前記モータは、内側に向かって放射状に等ピッチ角で配設された複数個の突極を有する固定子と、該突極のそれぞれに回巻したモータ巻線部と、前記固定子の内周面と空隙を介して前記突極に対向するように配設され、その極性が外周面に沿って交互に繰り返される複数個の永久磁石を有し、かつ回動自在に支持された回転子とからなり、前記可変磁気抵抗形位置検出器は、2組の検出コイル回路を有し、一方の前記検出コイル回路は、前記突極の第1対に回巻された前記第1、第2の位置検出コイルに接続され、他方の前記検出コイル回路は、前記突極の第2対に回巻された前記第3、第4の位置検出コイルに接続され、該それぞれ1対にされた各位置検出コイルは磁気抵抗変化が電気角で180度の位相差を有するとともに、該両対の位置検出コイル間では回転子位置信号の位相差が90度になるように前記固定子に配置さ、前記それぞれ1対にされた前記位置検出コイルの磁気抵抗変化から、前記回転子位置の検出信号を発生する2組の検出チャンネルからなっている。
【0016】
本発明は以上のように構成されているので、モータ内部温度検出用の感温スイッチを、回転子に連結する位置検出器、又はモータに内蔵される位置検出部の検出回路のなかに組み込み、感温スイッチからの信号を、位置検出信号と一括、又は関連付けて、信号処理することで、温度検出に伴う信号線数を増やすことなく、位置検出、及び温度検出することができる。
また、前記位置検出器として、可変磁気抵抗形レゾルバが使用できるため、安価で、信号線の数が少なく、取扱いが容易になる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。図1は、本発明の可変磁気抵抗形位置検出器と感温スイッチを用いるモータ制御装置の第1実施例を示す構成図、図2は、前記モータ制御装置の詳細制御ブロック図である。
【0018】
図1において、22は、モータであり、該モータ22には、該回転子の位置検出器としての可変磁気抵抗形位置検出器(以下、VR形レゾルバという)23が、その回転子に連結されるとともに、感温スイッチ24が該モータ22の本体内部に配設されている。前記VR形レゾルバ23の回路中には、該感温スイッチ24が組み込まれており、該感温スイッチ24が動作しないとき(接点:閉状態)、該VR形レゾルバ23は、1回転、例えば50周期で、互いに90゜位相のずれた、回転子位置情報としての2相正弦波信号(電圧)を出力する。
【0019】
モータ制御装置21は、前記VR形レゾルバ23及び感温スイッチ24とともに、回転子位置を検出する検出部25と、該検出部25から出力される位置検出信号Va1,Vb1により、前記モータ22を位置制御する制御部26とからなる。
【0020】
図2の前記モータ制御装置21の詳細制御ブロック図において、該モータ制御装置21の前記検出部25は、高周波電源回路31と復調回路32とからなり、前記制御部26は、A/D変換回路33と、演算回路34と、モータ駆動回路35とからなる。
【0021】
前記VR形レゾルバ23内の位置検出コイルL1,L2〜L4は、その回転子との位置関係により、各コイルL1〜L4のインダクタンス成分が正弦波状に変化する。前記コイルL1,L2と、L3,L4とが、それぞれ直列に接続されたものを、互いに並列に接続して、ブリッジ回路を形成し、その両端に、前記高周波電源回路31から出力される100kHz程度の高周波電圧を印加し、該コイルL1,L2と、L3,L4のそれぞれの中点から、変調波の位置検出信号Va,Vbを出力させている。
【0022】
そして、前記感温スイッチ24は、前記高周波電源回路31から、前記VR形レゾルバ23の位置検出コイルL1〜L4に供給される高周波電圧の片側に直列に、スイッチ不作動の常時閉状態で接続されており、該モータ22の本体の温度が、検出温度に達すると、その接点は開状態となる。
【0023】
前記VR形レゾルバ23から出力される前記回転子の位置検出信号Va,Vbは、前記検出部25の復調回路32により、前記高周波電源回路31とともに、同期復調を行って前記検出位置のそれぞれ正弦、余弦関数となる信号Va1,Vb1を、前記制御部26のA/D変換回路33に出力する。
前記正弦、余弦関数の位置検出信号Va1,Vb1は、該A/D変換回路33により、ディジタル信号Va2,Vb2に変換され、さらに前記演算回路34により、回転角度情報として計算した信号を、モータ駆動回路35に出力している。
次いで、該モータ駆動回路35は、前記回転角度情報信号を基に、前記モータ22を駆動させて、該モータの位置制御を行っている。
【0024】
そこで、前記VR形レゾルバ23の位置検出コイルL1〜L4のそれぞれについて、前記回転子位置(回転角度)θとそのインダクタンスとの関係は、以下のようになる。
コイルL1のインダクタンス=Lc+Lv・SINθ
コイルL2のインダクタンス=Lc−Lv・SINθ
コイルL3のインダクタンス=Lc+Lv・COSθ
コイルL4のインダクタンス=Lc−Lv・COSθ
(ここで、Lc:インダクタンス一定成分,Lv:インダクタンス変化成分)
【0025】
前記高周波電源回路31から出力されるVsinωtで表される高周波電圧を、前記VR形レゾルバ23内のブリッジ回路に印加すると、その中点から、以下の変調波電圧が出力される。
Va=Vsinωt・(Lv/Lc)SINθ
Vb=Vsinωt・(Lv/Lc)COSθ
これを同期復調を行うと、
Va1=KV・SINθ
Vb1=KV・COSθ
(ここで、K=Lv/Lc)
となり、回転子位置に関する三角関数で表される位置検出信号Va1,Vb1を得る。これらの信号をA/D変換回路33により、A/D変換してから、前記演算回路34によって回転角θを求め、前記モータ駆動回路35を介して、前記モータ22の位置制御を行っている。
【0026】
次に、前記モータ22本体の温度が上昇し、前記感温スイッチ24が作動して、開状態になったとき、前記VR形レゾルバ23のブリッジ回路の中点からの信号Va′,Vb′は、
Va′=−Vsinωt
Vb′=−Vsinωt
と該ブリッジ回路に印加された前記高周波電圧の片側の電圧が、そのまま出力される。
【0027】
そして、該信号Va′,Vb′の同期復調後の信号は、
Va1′=−V
Vb1′=−V
となり、前記回転角θに関係のない一定電圧になる。
このような電圧の検出によって、前記モータ22本体が温度上昇して、前記感温スイッチ24が動作したことが分かる。
【0028】
本実施例で使用された、VR形レゾルバ23の位置検出用コイルL1〜L4のそれぞれのインダクタンスの変化成分Lvと、一定成分Lcとの割合は、1/5程度で、前記感温スイッチ24が開状態のときの信号レベルは、閉状態のときの信号レベルに対して、5倍程度大きな値になる。
【0029】
A/D変換時には、前記感温スイッチ24が閉状態のときの信号振幅を、フルスケールにした方が、位置検出精度の向上には有利なため、該感温スイッチ24が開状態のときの信号振幅は、フルスケール値で制限がかかる。
また、A/D変換後の前記感温スイッチ24の閉状態のときと、開状態のときとの信号レベルVa2を横軸に、信号レベルVb2を縦軸にとると、図3に示すようになる。
【0030】
図3において、該感温スイッチが閉状態のときの信号Va2,Vb2は、回転角θの正弦関数、余弦関数なので円を描き、その中心からの距離は常に一定であり、該スイッチが開状態のときの信号Va2′,Vb2′は、フルスケールで制限された値になる。
【0031】
前記感温スイッチが閉状態のときの信号Va2,Vb2の描く円の半径を1とすると、該スイッチが開状態のときの信号Va2′,Vb2′は、前記中心から√2の位置にある。
該感温スイッチ24が動作したかどうかを判別するため、判別値χを1<χ<√2に設定し、
√(Va22 +Vb22 )<χのときは、
θ=tan-1(Vb2/Va2) により、角度θを求めて位置検出を行い、
√(Va22 +Vb22 )>χのときは、前記感温スイッチ24が作動していると判断し、適切な過熱保護を行う。
【0032】
次に、図4は、本発明の第2実施例を示す前記モータ制御装置21の詳細制御ブロック図である。
図4においては、モータと可変磁気抵抗形位置検出器として、図6に示すような、従来の2相直流モータ10と該モータ10に内蔵する可変磁気抵抗形位置検出部14とを使用するもので、図2及び図6と同一部材には同一符号を付して、その説明を省略する。
【0033】
図4において、10は、モータであり、該モータ10には、該回転子の位置検出器としての可変磁気抵抗形位置検出部14が内蔵されるとともに、感温スイッチ24が該モータ10本体内部に配設されている。前記位置検出部14の回路中には、該感温スイッチ24が組み込まれており、該感温スイッチ24が動作しないとき、該位置検出部14は、1回転、例えば18周期で、互いに90゜位相のずれた、回転子位置情報としての2相正弦波信号(電圧)を出力する。
【0034】
前記位置検出部14の各1対のコイルSa,SdおよびSb,Scを、それぞれ正弦コイルペアおよび余弦コイルペアといい、これらのコイルSa,Sd間およびSb,Sc間は、そのインダクタンス変化が差動結合となるように電気角で180度の位相差をもち、かつ前記2つのコイルペアSa,SdとSb,Scとの間は、回転角電圧信号の位相差が90度になるように形成されている。
そして、前記それぞれ1対にされたコイルSa,SdおよびSb,Scのインダクタンス変化から、前記回転子回転角の検出信号を発生する2組の検出チャンネルからなる位置検出部14を形成している。
【0035】
前記位置検出部14の正弦コイルペアSa、Sdおよび余弦コイルペアSb,Scの結線は、図2に示すとおりであり、前記モータ制御装置21のなかで位置検出部25の高周波電源回路31から出力される100kHz程度の高周波電圧で励磁されている。該各コイルペアSa、SdおよびSb,Scの中点における位置検出信号Va,Vbは、モータ回転子の回転角θを1つの変数としており、それぞれ回転角θの正弦、余弦関数の形で与えられている。
この中点から出力される、変調波の位置検出信号Va,Vbは、前記を出力させている。
【0036】
そして、前記感温スイッチ24は、前記高周波電源回路31から、前記位置検出部14の位置検出コイルSa〜Sdに供給される高周波電圧の片側に直列に、スイッチ不作動の常時閉状態で接続されており、該モータ22の本体の温度が、検出温度に達すると、その接点は開状態となる。
【0037】
前記位置検出部14から出力される前記回転子の位置検出信号Va,Vbは、以下、前記第1実施例と同様に、信号処理される。
【0038】
なお、本発明の技術は前記実施例における技術に限定されるものではなく、同様な機能を果たす他の態様の手段によってもよく、また本発明の技術は前記構成の範囲内において種々の変更、付加が可能である。また、本発明の実施の形態に記載の前記モータのほか、リニア(直動)モータやリニア(直動)センサにも応用が可能である。
【0039】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の可変磁気抵抗形位置検出器と感温スイッチを用いるモータ制御装置によれば、前記位置検出器を4個の第1ないし第4の位置検出コイルから構成し、該第1、第2の位置検出コイルと、該第3、第4の位置検出コイルとが、それぞれ直列に接続されたものを、互いに並列に接続して、ブリッジ回路を形成し、その両端に、接地に対して正側と負側の両側に構成された高周波電源を印加して、前記第1、第2の位置検出コイルと、前記第3、第4の位置検出コイルのそれぞれの中点から、前記回転子の位置検出信号を出力させ、感温スイッチを、前記モータの本体に配設するとともに、前記高周波電源の片側の出力端子と、前記位置検出器の前記高周波電源が入力される前記両端の一方の端子との間に直列に接続して、前記制御装置により前記モータの位置を制御しながら、前記感温スイッチの作動を前記位置検出器からの前記位置検出信号のレベルの変化を基に感知し、該モータの過熱を保護するので、感温スイッチからの出力信号を、回転子の位置検出器、又はモータ内蔵の回転子位置検出部からの出力信号と一括して信号処理を行い、温度検出に伴う信号線数を増やすことなく、位置検出及び温度検出を行うことができる。
【0040】
このため、位置検出機能を有するモータに、温度検出スイッチによる過熱保護機能を追加する場合でも、信号線数や信号処理回路を追加することなく、過熱保護を行うことができ、該信号線数や信号処理回路追加による、コストの増加や前記装置の信頼性の低下を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の可変磁気抵抗形位置検出器と感温スイッチを用いるモータ制御装置の第1実施例を示す構成図である。
【図2】図1のモータ制御装置の詳細制御ブロック図である。
【図3】感温スイッチの不作動時(閉状態)における、A/D変換後の位置検出信号のリサージュ波形を示す図で、感温スイッチの作動時(開状態)の状況をも示す図である。
【図4】本発明の前記モータ制御装置の第2実施例を示す詳細制御ブロック図である。
【図5】従来の、位置検出器と感温スイッチを用いたモータ制御装置を示す構成図である。
【図6】従来の位置検出部内蔵形モータの構成断面図である。
【符号の説明】
1,21 モータ制御装置
2,22 モータ
3,23 VR形レゾルバ(位置検出器)
4,24 感温スイッチ
6,Va,Vb,Va1,Vb1 位置検出信号
10 2相直流モータ
14 可変磁気抵抗形位置検出部
25 検出部
26 制御部
31 高周波電源回路
32 復調回路
33 A/D変換回路
34 演算回路
35 モータ駆動回路

Claims (2)

  1. 巻線に高周波電源が供給される可変磁気抵抗形位置検出器と、復調器とにより、回転子の位置を検出して、モータの位置制御を行うモータ制御装置において、
    前記位置検出器を4個の第1ないし第4の位置検出コイルから構成し、該第1、第2の位置検出コイルと、該第3、第4の位置検出コイルとが、それぞれ直列に接続されたものを、互いに並列に接続して、ブリッジ回路を形成し、その両端に、接地に対して正側と負側の両側に構成された高周波電源を印加して、前記第1、第2の位置検出コイルと、前記第3、第4の位置検出コイルのそれぞれの中点から、前記回転子の位置検出信号を出力させ、
    感温スイッチを、前記モータの本体に配設するとともに、前記高周波電源の片側の出力端子と、前記位置検出器の前記高周波電源が入力される前記両端の一方の端子との間に直列に接続して、
    前記制御装置により前記モータの位置を制御しながら、前記感温スイッチの作動を前記位置検出器からの前記位置検出信号のレベルの変化を基に感知し、該モータの過熱を保護することを特徴とする可変磁気抵抗形位置検出器と感温スイッチを用いるモータ制御装置。
  2. 前記モータは、内側に向かって放射状に等ピッチ角で配設された複数個の突極を有する固定子と、該突極のそれぞれに回巻したモータ巻線部と、前記固定子の内周面と空隙を介して前記突極に対向するように配設され、その極性が外周面に沿って交互に繰り返される複数個の永久磁石を有し、かつ回動自在に支持された回転子とからなり、
    前記可変磁気抵抗形位置検出器は、2組の検出コイル回路を有し、一方の前記検出コイル回路は、前記突極の第1対に回巻された前記第1、第2の位置検出コイルに接続され、他方の前記検出コイル回路は、前記突極の第2対に回巻された前記第3、第4の位置検出コイルに接続され、該それぞれ1対にされた各位置検出コイルは磁気抵抗変化が電気角で180度の位相差を有するとともに、該両対の位置検出コイル間では回転子位置信号の位相差が90度になるように前記固定子に配置さ、前記それぞれ1対にされた前記位置検出コイルの磁気抵抗変化から、前記回転子位置の検出信号を発生する2組の検出チャンネルからなることを特徴とする請求項1に記載の可変磁気抵抗形位置検出器と感温スイッチを用いるモータ制御装置。
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