JP5351304B2 - Δς変調型ａｄ変換器を有するモータ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ΔΣ変調型ＡＤ変換器を有するモータ制御装置に関し、特にモータの各巻線に流れる電流を検出するのに用いられるΔΣ変調型ＡＤ変換器を有するモータ制御装置に関する。

工作機械、鍛圧機械、射出成形機、産業機械、あるいは産業用ロボット内のモータを駆動するモータ制御装置においては、駆動軸ごとに設けられたモータに対し、モータの速度、トルク、もしくは回転子の位置を指令し制御する。このようなモータ制御装置では、モータの各巻線に流れる電流を検出してこれをＡＤ（アナログディジタル）変換し、得られたディジタルデータに基づきモータ駆動制御やモータに発生する異常電流検知を実行する。

図３は、一般的なモータ制御装置を示すブロック図である。一般に、三相交流のモータ２を駆動制御するモータ制御装置１０１は、モータ２に駆動電力を供給する電力変換部５１と、電力変換部５１からモータ２の各巻線に流れる電流値を検出する電流検出部５２と、電流検出部５２が検出した電流値をディジタルデータにＡＤ（アナログディジタル）変換するΔΣ変調型ＡＤ変換器５３と、ΔΣ変調型ＡＤ変換器５３から出力されたディジタルデータを用いて、モータ２を駆動するための駆動電力を出力するよう電力変換部５１に対して駆動指令を指令する指令生成部５４と、を備える。ここで、電力変換部５１は、例えばインバータ回路および／またはコンバータ回路である。また、電流検出部５２は、三相交流モータの３相の巻線のうちの２相分に設けられる。このようなモータ制御装置１０１では、指令生成部５４は、モータ２の各巻線に流れる電流をＡＤ変換して得られたディジタルデータを取り込んで駆動指令を生成する。また、モータ制御装置１０１では、モータ２の各巻線に流れる電流をＡＤ変換して得られたディジタルデータに基づき、モータ２の各巻線に発生する異常電流の発生の有無を監視する。

モータ制御装置では、近年、上述のΔΣ変調型のＡＤ変換方式が広く用いられている。図４は、一般的なΔΣ変調型ＡＤ変換器を示すブロック図である。ΔΣ変調型ＡＤ変換器５３は、大きく分けてモジュレータ（ΔΣ変調回路）６１とディジタルローパスフィルタ６２とで構成され、これらは一般に数ＭＨｚ〜数十ＭＨｚ程度のモジュレーションクロックと呼ばれるシステムクロックを基準にして動作する。モジュレータ６１は入力されたアナログ信号を高速低ビットのビットストリーム信号に変換する。このときに発生する大きな量子化雑音をディジタルローパスフィルタ６２で除去し、ディジタルデータとして出力する。ΔΣ変調型ＡＤ変換器５３の出力であるディジタルデータは、モジュレーションクロックを一定の間隔で間引いた周期で出力されるのが一般的である。この間引き率は、一般にデシメーションレシオと呼ばれる。

モータ制御装置１０１では、モータ２の速度、トルク、もしくは回転子の位置を高精度に制御するため、モータ制御装置１０１内のΔΣ変調型変換器５３は、モータ２の各巻線に流れる駆動電流の電流値を高分解能で高精度にディジタルデータ化することが要求される。図３に示すモータ制御装置１０１においては、指令生成部５４は、一定の制御周期で、モータ２の巻線を流れる電流値をΔΣ変調型ＡＤ変換器５３でＡＤ変換したディジタルデータを取り込んで電流制御に使用している。このような高分解能で高精度のディジタルデータを得るために、ΔΣ変調型ＡＤ変換器５３のサンプリング周期は、一般的に数十μ秒〜数百μ秒程度に設定される。

また一方で、通常、モータ制御装置１０１では、モータ２の巻線に何らかの過大な異常電流が流れたときに、異常電流を検知しモータ２およびモータ制御装置１０１を異常電流から保護するための保護回路設けられている。このような異常電流は迅速に検出されることが要求されるため、モータ制御装置１０１内のΔΣ変調型変換器５３は、モータの各巻線に流れる駆動電流の電流値をできるだけ高速にディジタルデータ化することが要求される。例えば、異常電流の発生を迅速に検知するために、ΔΣ変調型ＡＤ変換器５３は、サンプリング周期については一般的に数μ秒以下であることが要求されるが、得られるディジタルデータは必ずしも高分解能、高精度である必要はない。

モータの各巻線に流れる電流の検出値をΔΣ変調型ＡＤ変換器を用いて変換してモータを制御するモータ制御装置において、電流の検出精度の向上を目的としたものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に記載された発明によれば、ΔΣ変調型ＡＤ変換器内の前段に設けられたモジュレータ部分のモジュレーションクロックの精度を向上させるためにＰＬＬ回路を追加実装し、電流の検出精度を向上させている。

また、特許文献２に記載された発明によれば、忠実度の高い電力増幅を行うことができるΔΣ変調型ＤＡ（ディジタルアナログ）変換器が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

特開２００８−１４７８０９号公報 特許第３３４８０３６号公報

上述のように、モータ制御装置においては、ΔΣ変調型ＡＤ変換器によるモータの各巻線に流れる駆動電流の電流値のＡＤ変換処理は、モータ制御機能とモータ保護機能とで、要求されるＡＤ変換の処理速度（応答速度）や分解能が異なる。そのため、従来は、これら機能に応じてΔΣ変調型ＡＤ変換器自体を複数個実装する方法や、あるいは、１つのΔΣ変調型ＡＤ変換器のディジタルデータ出力をモータ制御機能およびモータ保護機能の両方に用いる方法が取られてきた。しかしながら、ΔΣ変調型ＡＤ変換器自体を複数個実装する方法は、モータ制御装置内における実装面積やコストが増えてしまう問題があり、また１つのΔΣ変調型ＡＤ変換器の単一のディジタルデータ出力を両機能に用いる方法は、ＡＤ変換の処理速度（応答速度）や分解能が使用用途に応じて最適化されていないので、モータ駆動制御や異常電流検知の精度の低下を招くという問題があった。

例えば、特許文献１（特開２００８−１４７８０９号公報）に記載された発明は、１つのΔΣ変調型ＡＤ変換器で単一のディジタルデータ出力をするものにすぎず、ＡＤ変換の処理速度（応答速度）や分解能が使用用途に応じて最適化されているとはいえず、モータ駆動制御や異常電流検知の精度の低下を招くという問題があった。

例えば、特許文献２（特許第３３４８０３６号公報）に記載された発明は、音響装置を対象とするものであって、モータ制御装置を対象とするものではない。また、ディジタルデータをアナログ信号へ変換するＤＡ変換器を対象としており、モータに流れる電流値をディジタルデータ化する解決策にはならない。

従って本発明の目的は、上記問題に鑑み、使用用途に応じて最適化された、小型で低コストのΔΣ変調型ＡＤ変換器を有するモータ制御装置を提供することにある。

上記目的を実現するために、本発明によれば、モータ制御装置は、
モータに駆動電力を供給する電力変換部と、
電力変換部からモータへ流れる電流値を検出する電流検出部と、
入力されたアナログデータをΔΣ変調してビットストリーム信号を出力するモジュレータと、各々が固有のフィルタ特性を有し、モジュレータに直列に接続されるとともに互いに並列に接続される複数のディジタルローパスフィルタであって、モジュレータから出力されたビットストリーム信号の量子化雑音を上記固有のフィルタ特性に応じて除去してディジタルデータを出力するディジタルローパスフィルタと、を備え、電流検出部が検出した電流値がアナログデータとして入力され、上記固有のフィルタ特性に応じたディジタルデータを出力するΔΣ変調型ＡＤ変換器と、
複数のディジタルローパスフィルタのうち、モータ駆動制御用のディジタルローパスフィルタに接続され、モータ駆動制御用のディジタルローパスフィルタが出力したディジタルデータを用いて、出力すべき駆動電力を電力変換部に対して指令する駆動指令を生成する指令生成部と、
を備える。

ここで、ΔΣ変調型ＡＤ変換器内に設けられる各ディジタルローパスフィルタは、フィルタ次数およびデシメーションレシオのうち少なくとも１つが調整されることで、互いに異なるフィルタ特性を有するように設定される。

ここで、モータ制御装置は、上記複数のディジタルローパスフィルタのうち、モータ駆動制御用のディジタルローパスフィルタとは異なる異常電流検知用のディジタルローパスフィルタに接続され、この異常電流検知用のディジタルローパスフィルタが出力したディジタルデータを用いて、電力変換部からモータへ流れる異常電流の発生を検知する異常電流検知部をさらに備えてもよい。

この場合、モータ駆動制御用のディジタルローパスフィルタは、異常電流検知用のディジタルローパスフィルタよりも、分解能および精度のうちの少なくとも１つが高くなるよう、モータ駆動制御用のディジタルローパスフィルタおよび異常電流検知用のディジタルローパスフィルタのフィルタ特性がそれぞれ設定される。

また、異常電流検知用のディジタルローパスフィルタは、モータ駆動制御用のディジタルローパスフィルタよりも、高速にビットストリーム信号をフィルタリングするよう、モータ駆動制御用のディジタルローパスフィルタおよび異常電流検知用のディジタルローパスフィルタのフィルタ特性がそれぞれ設定される。

また、指令生成部は、異常電流検知部が異常電流の発生を検知したとき、駆動電力の供給の停止を電力変換部に対して指令する停止指令を生成するようにしてもよい。

本発明によれば、使用用途に応じて最適化された、小型で低コストのΔΣ変調型ＡＤ変換器を有するモータ制御装置を実現することができる。

本発明によれば、１つのΔΣ変調型ＡＤ変換器において、入力されたアナログ信号をΔΣ変調してビットストリーム信号を出力するモジュレータの後段に、モジュレータから出力されたビットストリーム信号の量子化雑音を除去してディジタルデータを出力するディジタルローパフフィルタを複数並列に設け、これらディジタルローパスフィルタはそれぞれ互いに異なるフィルタ特性を有するように設定され、当該フィルタ特性に従ってフィルタリング処理を実行するので、１つのΔΣ変調型ＡＤ変換器により、複数の用途に応じた応答速度や分解能のディジタルデータを出力することができる。したがって、ΔΣ変調型ＡＤ変換器自体を複数個実装することで複数の用途に応じたディジタルデータを出力する従来の方法と比べて、モータ制御装置内におけるΔΣ変調型ＡＤ変換器の実装面積およびコストを低減することができ、ひいてはモータ制御装置の小型化および低コスト化を実現することができる。また、１つのΔΣ変調型ＡＤ変換器の単一のディジタルデータ出力を複数の用途に用いる従来の方法と比べて、ＡＤ変換の処理速度（応答速度）や分解能が最適化されたものとなり、モータ制御や異常検知の精度のさらなる向上を図ることができる。

例えば、モータ制御装置において、指令生成部に接続されたモータ駆動制御用のディジタルローパスフィルタが、異常電流検知部に接続された異常電流検知用のディジタルローパスフィルタよりも、分解能および精度のうちの少なくとも１つが高くなるように、また高速にフィルタリングするように、各ディジタルローパスフィルタのフィルタ特性をそれぞれ設定されることで、モータの速度、トルク、もしくは回転子の位置を高精度に制御することができるとともに、モータの巻線に何らかの過大な異常電流が流れたときに迅速にこれを検知してモータやモータ制御装置についての異常電流からの保護に対応することができる。従来は、複数のΔΣ変調型ＡＤ変換器を設けてこれらをモータ制御機能およびモータ保護機能それぞれに割り当てるか、あるいは、１つのΔΣ変調型ＡＤ変換器をモータ制御機能とモータ保護機能とで兼用していたが、本発明によれば、１つのΔΣ変調型ＡＤ変換器において、モジュレータの後段に、フィルタ特性の異なるディジタルローパフフィルタを複数並列に設け、１つのΔΣ変調型ＡＤ変換器により、複数の使用用途に応じた分解能のディジタルデータを当該使用用途に応じた応答速度で出力するようにするので、ΔΣ変調型ＡＤ変換器およびモータ制御装置の小型化および低コスト化を図ることができるとともに、モータ駆動制御や異常電流検知の精度の向上を図ることができる。

また、特許文献１（特開２００８−１４７８０９号公報）に記載された発明は、検出精度を向上させることはできるものの、本発明によれば、複数の使用用途でＡＤ変換後のディジタルデータを使用する場合でも、１つのアナログ信号入力から各使用用途に応じた精度、応答速度の複数のディジタルデータを出力することができるので、使用用途に最適化された分解能、精度および応答速度を提供することができる。

また、特許文献２（特許第３３４８０３６号公報）に記載された発明は、１つのディジタルデータ入力に対して１つのアナログ信号を出力するΔΣ変調型ＤＡ変換器に関するものであり、ディジタルデータ入力の種類や条件に応じてフィルタを複数個設けて適宜切り替えるものである。つまり、特許文献２（特許第３３４８０３６号公報）に記載された発明は、本発明のようなΔΣ変調型ＡＤ変換器に関するものではない。これに対し、本発明によれば、複数あるディジタルローパスフィルタを切り替えるのではなく、これら複数のディジタルローパスフィルタはそれぞれ固有のフィルタ特性に応じたディジタルデータを出力するものである。すなわち、本発明によれば、１つのアナログ信号入力から各用途に応じた精度、応答速度の複数のディジタルデータを出力することができるので、使用用途に最適化された分解能、精度および応答速度を提供することができ、また装置の小型化および低コスト化を実現することができる。

本発明の実施例によるΔΣ変調型ＡＤ変換器を有するモータ制御装置を示すブロック図である。 本発明の実施例によるモータ制御装置内に設けられるΔΣ変調型ＡＤ変換器を示すブロック図である。 一般的なモータ制御装置を示すブロック図である。 一般的なΔΣ変調型ＡＤ変換器を示すブロック図である。

図１は、本発明の実施例によるΔΣ変調型ＡＤ変換器を有するモータ制御装置を示すブロック図である。また、図２は、本発明の実施例によるモータ制御装置内に設けられるΔΣ変調型ＡＤ変換器を示すブロック図である。

本発明の実施例によれば、三相交流のモータ２を駆動制御するモータ制御装置１は、図１に示すように、電力変換部１１と、電流検出部１２と、ΔΣ変調型ＡＤ変換器１３と、メイン制御部１６とを備える。メイン制御部１６は、指令生成部１４と、異常電流検知部１５とを備える。また、モータ制御装置１内のΔΣ変調型ＡＤ変換器１３は、モジュレータ（ΔΣ変調回路）２１と、複数のディジタルローパスフィルタ２２−１および２２−２とを備える。なお、本発明の実施例では、ΔΣ変調型ＡＤ変換器１３内のディジタルローパスフィルタの個数を２個としてこれらをモータ駆動制御用と異常電流検知用に用いる場合について説明するが、ディジタルローパスフィルタの個数を２個としたのは一例であって、複数個であればその他の個数であってもよく、モータ駆動制御用や異常電流検知用以外のさらなる使用用途のためにディジタルローパスフィルタを設けてもよい。

電力変換部１１は、指令生成部１４からの駆動指令に基づき、モータ２に駆動電力を供給する。例えば、電力変換部１１は、内部に設けられたスイッチング素子がＰＷＭ制御によりスイッチング動作することにより、入力された電力を所望の電力に変換して出力する電力変換装置で構成される。図１に示す電力変換部１１がインバータ回路からなる場合は、インバータ回路からなる電力変換部１１には直流電力が入力され、電力変換部１１の内部に設けられたスイッチング素子のスイッチング動作により、所望の交流電力に変換して出力する。また例えば、図１に示す電力変換部１１が互いにＤＣリンク部により接続されたコンバータ回路およびインバータ回路からなる場合は、コンバータ回路およびインバータ回路からなる電力変換部１１には交流電力が入力され、電力変換部１１の内部に設けられたスイッチング素子のスイッチング動作により、直流電力に一旦変換してから所望の交流電力に変換して出力する。

電流検出部１２は、電力変換部１１からモータ２へ流れる電流値を検出する。なお、電流検出部５２は、三相交流の平衡を考慮して三相交流モータの３相の巻線のうち少なくとも２相分に設ければよい。検出されたアナログ信号形式の電流値は、ΔΣ変調型ＡＤ変換器１３へ出力される。

ΔΣ変調型ＡＤ変換器１３は、モジュレーションクロックをシステムクロックとして用いて、電流検出部１２が検出した電流値（アナログ信号）をディジタルデータに変換する。ΔΣ変調型ＡＤ変換器１３は、各電流検出部１２ごとに設けられる。ΔΣ変調型ＡＤ変換器１３内のモジュレータ２１とディジタルローパスフィルタ２２−１および２−２は、数ＭＨｚ〜数十ＭＨｚ程度のモジュレーションクロックと呼ばれるシステムクロックを基準にして動作する。

ΔΣ変調型ＡＤ変換器１３は、図２に示すように、モジュレータ２１から出力されたビットストリーム信号の量子化雑音を除去してディジタルデータを出力するディジタルローパスフィルタ２２−１および２２−１を複数個備える。図示の例では、ディジタルローパスフィルタの個数は一例として２個である。ディジタルローパスフィルタ２２−１および２２−２は、互いに並列に接続される。これら並列に接続されたディジタルローパスフィルタ２２−１および２２−２は、モジュレータ２１に直列に接続される。

本発明では、各ディジタルローパスフィルタ２２−１および２２−２は、それぞれ固有のフィルタ特性を有する。ディジタルローパスフィルタとしては、一般にＳＩＮＣフィルタと呼ばれる構造がよく知られている。各ディジタルローパスフィルタ２２−１および２２−２がＳＩＮＣフィルタである場合、フィルタ特性は、例えばフィルタ次数やデシメーションレシオなどにより規定される。そこで、本発明の実施例では、ΔΣ変調型ＡＤ変換器１３内に設けられる各ディジタルローパスフィルタ２２−１および２２−２は、フィルタ次数およびデシメーションレシオのうち少なくとも１つが調整されることで、互いに異なるフィルタ特性を有するように設定される。また、モジュレーションクロックを高速化することで、ディジタルローパスフィルタ２２−１の応答速度（フィルタリング速度）を速めることができる。

このように、ディジタルローパスフィルタ２２−１および２２−２は、互いに異なるフィルタ特性を有するように設定されるので、モジュレータ２１から出力されたビットストリーム信号をフィルタリングするディジタルローパスフィルタ２２−１および２２−２は、分解能や精度の異なるディジタルデータを、それぞれの有する応答速度に従って出力することになる。つまり、本発明によれば、１つのΔΣ変調型ＡＤ変換器１３により、複数の用途に応じた応答速度や分解能でディジタルデータを出力することができる。

例えば図１および図２に示す例では、ΔΣ変調型ＡＤ変換器１３のディジタルローパスフィルタ２２−１はモータ駆動制御用として指令生成部１４に接続され、ディジタルローパスフィルタ２２−１から出力されたディジタルデータはモータ２の駆動指令作成のための電流制御に用いられる。また、ΔΣ変調型ＡＤ変換器１３のディジタルローパスフィルタ２２−２は異常電流検知用として異常電流検知部１５に接続され、ディジタルローパスフィルタ２２−２から出力されたディジタルデータはモータ２へ流れる異常電流の発生を検知するために用いられる。

例えば、モータ制御装置１において、モータ駆動制御用のディジタルローパスフィルタ２２−１が異常電流検知用のディジタルローパスフィルタ２２−２よりも分解能および精度のうちの少なくとも１つが高くなるように、また、異常電流検知用のディジタルローパスフィルタ２２−２がモータ駆動制御用のディジタルローパスフィルタ２２−１よりも、より高速にフィルタリング処理が実行されるように、各ディジタルローパスフィルタ２２−１および２２−２のフィルタ特性をそれぞれ設定する。

一般的に、モータ制御は指令生成部１４におけるソフトウェア処理で行うことが多く、ディジタルローパスフィルタ２２−１は、ある程度の時間区間でフィルタリングした高分解能で高精度なディジタルデータを、制御周期ごとに指令生成部１４へ出力する。例えば、２０μ秒程度の時間区間の電流値に対応するビットストリーム信号をフィルタリングし、得られたディジタルデータは指令生成部１４へ出力される。

一方、モータ２へ流れる異常電流の発生を検知するためには高速な処理が必要なため、一般的にはハードウェア処理で行われることが多い。すなわち、分解能は低くてもよいが、できるだけ高速にディジタルデータが得られることが要求される。したがって、モジュレータ２１が出力したビットストリーム信号を、異常電流検知用のディジタルローパスフィルタ２２−２は、モータ駆動制御用のディジタルローパスフィルタ２２−１よりも、短い時間区間にわたってフィルタリングするよう設定することで、高速応答可能となるようする。得られたディジタルデータは、ハードウェアである異常電流検知部１５へ出力される。

電力変換部１１としての電力変換装置の半導体スイッチング素子として用いられるＩＧＢＴ等のパワー素子は、定格値を超える電流が一定時間以上流れ続けるとパワー素子自体が破壊してしまう。このような破壊に至るまでの所要時間は、一般的に１０μ秒程度である。したがって、異常電流の発生を検知して、１０μ秒以内にモータ２およびモータ制御装置１を停止させるには、モータ駆動制御用のディジタルローパスフィルタ２２−１の２０μ秒程度のフィルタリングの時間区間では到底間に合わない。そこで、本発明の実施例では、異常電流検知用のディジタルローパスフィルタ２２−２のフィルタリングの時間区間は、モータ駆動制御用のディジタルローパスフィルタ２２−１のフィルタリングの時間区間よりも短く設定し、高速応答を実現する。例えば、２０μ秒程度の時間区間の電流値に対応するビットストリーム信号をフィルタリングするモータ駆動制御用のディジタルローパスフィルタ２２−１に対し、異常電流検出用のディジタルローパスフィルタ２２−２は、５μ秒程度の時間区間の電流値に対応するビットストリーム信号をフィルタリングするようフィルタ特性を設定する。このようにフィルタリングの時間区間を短くすると、異常電流検知用のディジタルローパスフィルタ２２−２は、高速のフィルタリングすなわち高速のディジタルデータ出力が可能であるが、分解能は低下する。しかしながら、異常電流が発生したらできるだけ早くモータ２およびモータ制御装置１を停止させる方がより好ましいので、異常電流検知用のディジタルローパスフィルタ２２−２が出力するディジタルデータは、分解能が低くても特に問題はないといえる。

以上説明したように、本発明の実施例によれば、１つのΔΣ変調型ＡＤ変換器１３内に１つのモジュレータ２１の後段に、互いに並列接続されたディジタルローパスフィルタ２２−１および２２−２を設ける。これらフィルタ特性の異なるディジタルローパスフィルタ２２−１および２２−２は、モジュレータ２１が出力するビットストリーム信号を、それぞれ有するフィルタ特性に応じて独自にフィルタリングし、得られた各ディジタルデータをそれぞれ指令生成部１４および異常電流検知部１５に向けて別々に供給する。このようにして生成された各ディジタルデータを用いて、図１に示すメイン制御部１６内の指令生成部１４および異常電流検知部１５は、モータ駆動制御および異常電流検知を実行する。

メイン制御部１６内の指令生成部１４は、ΔΣ変調型ＡＤ変換器１３内のモータ駆動制御用のディジタルローパスフィルタ２２−１に接続される。指令生成部１４は、上述のようにしてΔΣ変調型ＡＤ変換器１３内のモータ駆動制御用のディジタルローパスフィルタ２２−１が出力した高分解能で高精度のディジタルデータを用いて、出力すべき駆動電力を電力変換部１１に対して指令する駆動指令を生成する。例えば上述したように電力変換部１１がＰＷＭ制御の電力変換装置で構成される場合は、指令生成部１４は、三角波キャリア信号とΔΣ変調ＡＤ変換器１３から出力されたディジタルデータとを比較し、この比較結果に基づき、スイッチング素子のＰＷＭスイッチング動作を制御するＰＷＭスイッチング信号を生成して出力する。この結果、電力変換装置からなる電力変換部１１は、指令生成部１４から受信した駆動指令としてのＰＷＭスイッチング信号に基づき、内部に設けられた半導体スイッチング素子のスイッチング動作がＰＷＭ制御され、入力電力を所望の電力に変換して出力する。

メイン制御部１６内の異常電流検知部１５は、ΔΣ変調型ＡＤ変換器１３内の異常電流検知用のディジタルローパスフィルタ２２−２に接続される。指令生成部１４は、上述のようにしてΔΣ変調型ＡＤ変換器１３内のディジタルローパスフィルタ２２−２が高速に出力した低分解能のディジタルデータを用いて、電力変換部１１からモータ２へ流れる異常電流の発生を検知する。また、指令生成部１４は、異常電流検知部１５が異常電流の発生を検知したとき、モータ２の駆動を停止するために、駆動電力の供給の停止を電力変換部１１に対して指令する停止指令を生成する。例えば上述したように電力変換部１１がＰＷＭ制御の電力変換装置で構成される場合は、停止命令としてのＰＷＭスイッチング信号が生成される。この結果、電力変換装置からなる電力変換部１１は、指令生成部１４から受信した停止指令としてのＰＷＭスイッチング信号に基づき、内部に設けられた半導体スイッチング素子のスイッチング動作が停止される。

以上説明したように、本発明の実施例によれば、電流検出部１２が検出した電流値であるアナログ信号から、高分解能で高精度なディジタルデータを得てモータ２の動作を高精度に駆動制御し、これと並行して、低分解能ではあるものの高速に生成されたディジタルデータを監視してモータ２の異常電流の発生の早期の検知を実現する。

次に、ΔΣ変調型ＡＤ変換器の設計例について説明する。

一般にΔΣ変調型ＡＤ変換器においては、高精度なアナログ信号処理技術が必要なモジュレータ部分に比べて、ディジタルローパスフィルタ部分は比較的簡単なロジック回路で構成することができるのでユーザが独自に設計することが可能である。したがって、通常は、前段のモジュレータ部分にはメーカから提供されたＩＣを使用し、後段のディジタルローパスフィルタ部分はユーザ自身で設計することも多い。特に、モータ制御装置の分野では、例えば三角波比較方式のＰＷＭ制御等のロジック回路を実現するために、ユーザがカスタムでＬＳＩを開発することが多い。このとき、ディジタルローパスフィルタのロジック回路もカスタムＬＳＩの一部とすることで、実装面積やコストの増大が抑えられる。

そこで、本発明の実施例においても、モジュレータ部分の後段にある複数個並列接続されたディジタルローパスフィルタ部分を、例えばカスタムＬＳＩのロジックの一部として実現すると、実装面積やコストの増大を抑制することができる。このように後段のディジタルローパスフィルタ部分のロジック回路で実現すれば、ディジタルローパスフィルタを物理的な実装部品として新たに追加する必要はない。

以上、モータ制御装置１の電力変換部１１として、一例としてモータ２を駆動制御するインバータ回路について説明したが、本発明は、モータ制御装置において、交流電源を直流電源に変換するコンバータ回路の交流側の電流検出についても適用可能である。例えば、コンバータ回路を半導体スイッチング素子を用いたＰＷＭコンバータとして構成する場合には、当該コンバータ回路の交流側の電流値をＰＷＭ制御に用いる必要があるが、その際の電流値のＡＤ変換にも適用可能である。

本発明は、モータの巻線に流れる電流値を検出してこれをモータの駆動制御に用いるモータ制御装置に適用することができる。例えば、工作機械、鍛圧機械、射出成形機、産業機械、あるいは産業用ロボット内のモータを駆動するモータ制御装置においては、駆動軸ごとに設けられたモータに対し、モータの速度、トルク、もしくは回転子の位置を指令し制御する。このようなモータ制御装置では、モータの各巻線に流れる電流をしてモータ駆動制御および異常電流検知を精度よく実行することが重要であるが、本発明はこのような場合に適用することができる。

１ モータ制御装置
１１ 電力変換部
１２ 電流検出部
１３ ΔΣ変調型ＡＤ変換器
１４ 指令生成部
１５ 異常電流検知部
１６ メイン制御部
２１ モジュレータ
２２−１ モータ駆動制御用のディジタルローパスフィルタ
２２−２ 異常電流検知用のディジタルローパスフィルタ

Claims (3)

1. モータに駆動電力を供給する電力変換部と、
   前記電力変換部からモータへ流れる電流値を検出する電流検出部と、
   入力されたアナログデータをΔΣ変調してビットストリーム信号を出力するモジュレータと、各々がフィルタ次数およびデシメーションレシオのうち少なくとも１つが調整されることで、互いに異なるフィルタ特性を有し、前記モジュレータに直列に接続されるとともに互いに並列に接続される複数のディジタルローパスフィルタであって、前記モジュレータから出力された前記ビットストリーム信号の量子化雑音を前記固有のフィルタ特性に応じて除去してディジタルデータを出力するディジタルローパスフィルタと、を備え、前記電流検出部が検出した電流値が前記アナログデータとして入力され、前記固有のフィルタ特性に応じた前記ディジタルデータを出力するΔΣ変調型ＡＤ変換器と、
   前記複数のディジタルローパスフィルタのうち、モータ駆動制御用のディジタルローパスフィルタに接続され、前記モータ駆動制御用のディジタルローパスフィルタが出力した前記ディジタルデータを用いて、出力すべき駆動電力を前記電力変換部に対して指令する駆動指令を生成する指令生成部と、
   前記複数のディジタルローパスフィルタのうち、前記モータ駆動制御用のディジタルローパスフィルタとは異なる異常電流検知用のディジタルローパスフィルタに接続され、前記異常電流検知用のディジタルローパスフィルタが出力した前記ディジタルデータを用いて、前記電力変換部からモータへ流れる異常電流の発生を検知する異常電流検知部と、
   を備え、
   前記モータ駆動制御用のディジタルローパスフィルタは、前記異常電流検知用のディジタルローパスフィルタよりも、分解能および精度のうちの少なくとも１つが高くなるよう、前記モータ駆動制御用のディジタルローパスフィルタおよび前記異常電流検知用のディジタルローパスフィルタのフィルタ特性がそれぞれ設定されることを特徴とするモータ制御装置。
2. モータに駆動電力を供給する電力変換部と、
   前記電力変換部からモータへ流れる電流値を検出する電流検出部と、
   入力されたアナログデータをΔΣ変調してビットストリーム信号を出力するモジュレータと、各々がフィルタ次数およびデシメーションレシオのうち少なくとも１つが調整されることで、互いに異なるフィルタ特性を有し、前記モジュレータに直列に接続されるとともに互いに並列に接続される複数のディジタルローパスフィルタであって、前記モジュレータから出力された前記ビットストリーム信号の量子化雑音を前記固有のフィルタ特性に応じて除去してディジタルデータを出力するディジタルローパスフィルタと、を備え、前記電流検出部が検出した電流値が前記アナログデータとして入力され、前記固有のフィルタ特性に応じた前記ディジタルデータを出力するΔΣ変調型ＡＤ変換器と、
   前記複数のディジタルローパスフィルタのうち、モータ駆動制御用のディジタルローパスフィルタに接続され、前記モータ駆動制御用のディジタルローパスフィルタが出力した前記ディジタルデータを用いて、出力すべき駆動電力を前記電力変換部に対して指令する駆動指令を生成する指令生成部と、
   前記複数のディジタルローパスフィルタのうち、前記モータ駆動制御用のディジタルローパスフィルタとは異なる異常電流検知用のディジタルローパスフィルタに接続され、前記異常電流検知用のディジタルローパスフィルタが出力した前記ディジタルデータを用いて、前記電力変換部からモータへ流れる異常電流の発生を検知する異常電流検知部と、
   を備え、
   前記異常電流検知用のディジタルローパスフィルタは、前記モータ駆動制御用のディジタルローパスフィルタよりも、高速に前記ビットストリーム信号をフィルタリングするよう、前記モータ駆動制御用のディジタルローパスフィルタおよび前記異常電流検知用のディジタルローパスフィルタのフィルタ特性がそれぞれ設定されることを特徴とするモータ制御装置。
3. 前記指令生成部は、前記異常電流検知部が異常電流の発生を検知したとき、駆動電力の供給の停止を前記電力変換部に対して指令する停止指令を生成する請求項１または２に記載のモータ制御装置。

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