JP6191009B2 - モータ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータ制御装置に関し、詳しくは、３相のコイルと複数の磁石を有し、ホストコントローラに制御される同期モータの制御装置に関する。

従来、従来のモータ制御装置いわゆるモータドライバは、モータが高速で回転しても処理に遅れが生じないように、モータに関する情報を全てモータ制御装置内で処理するものであった。

例えば、特許文献１には、コイル印加電圧の位相と電流の位相の差を所望の位相差にすることで最大効率・トルクを得ることができるモータ制御装置が開示されている。

特開２００１−５４２９７号公報

しかしながら、特許文献１のモータ制御装置は、コイル印加電圧の位相情報、電流の位相情報及び位相差の情報が全てモータ制御装置内で処理されるものであり、外部の装置がこれらの処理の補助を行う手段が無いためモータ制御装置内のマイクロコンピュータには高速の処理能力が求められている。

本発明は、モータ制御装置に求められる処理能力を低減することを目的とする。

（１） ３相のコイルと複数の磁石を有し、ホストコントローラに制御される同期モータのモータ制御装置であって、
ホストコントローラに接続され、ホストコントローラから、所要の回転角を磁石の極対数で割った角度である指令電気角θを示す電気角情報を、所定時間毎に取得する電気角情報取得手段と、
ホストコントローラに接続され、ホストコントローラから、所要のモータ出力トルクを発生させるための電圧の指令振幅ｑを示す振幅情報を、所定時間毎に取得する振幅情報取得手段と、
電気角情報取得手段が取得した電気角情報が示す指令電気角θと振幅情報取得手段が取得した振幅情報が示す指令振幅ｑを入力とし、これを１２０°位相のずれた三相の正弦波出力電圧に変換する２相／３相変換器と、
同期モータの各相に供給される瞬時電流値を検出して、当該電流値を示す電流情報を出力する二つ又は三つの電流検出器と、
電流検出器により出力された電流情報が示す電流値に基づき、同期モータの回転速度に応じて各相に発生する逆起電圧により影響される演算電気角θｒを演算する電気角演算手段と、
電気角情報取得手段が取得した電気角情報が示す指令電気角θと電気角演算手段が演算した演算電気角θｒとの差θｄを演算する電気角差演算手段と、
電気角差演算手段が演算した差θｄを示す差情報を、同期モータの回転速度又は、回転位置を制御するために、装置外部のホストコントローラに送る送信手段と、を備え、
ホストコントローラとは別に設けられたモータ制御装置。

（１）の発明によれば、指令電気角θと演算電気角θｒの処理はこれらの差θｄを演算することとこれをホストコントローラに送ることだけであり、所定時間ごとに複雑な演算処理を行う必要はない

したがって、モータ制御装置に求められる処理能力を低減できる。

（２） （１）に記載のモータ制御装置と、ホストコントローラと、を備える制御システムであって、
ホストコントローラは、所定時間毎にモータ制御装置から受信した連続した差情報が示す各差θｄを積算して積算差θｃとし、これをホストコントローラが目標値とする目標電気角θｏに加算することで同期モータへの指令電気角θを調整し、目標電気角θｏとモータ制御装置の電気角演算手段が演算した演算電気角θｒとが一致する様に収束させる制御システム。

（２）の発明によれば、ホストコントローラが行う指令電気角θの調整は加算の処理だけであり、その演算周期も目標電気角θｏの周期程度の遅いものでも構わない

したがって、ホストコントローラが行うモータ制御装置を補助する為の処理の負担は小さいものにできる。

本発明によれば、モータ制御装置に求められる処理能力を低減できる。

本発明の一実施形態のブロック図である。 ２相／３相変換器４において、指令電気角θと指令振幅ｑから三相の正弦波出力電圧の値が演算されることを示している。 電気角演算手段５において、検出された電流値から演算電気角θｒが演算されることを示している。 モータ制御装置１とホストコントローラ９によって演算電気角θｒが目標電気角θｏに収束していく様子を示している。

図１は、本発明の一実施形態のブロック図である。
図１において、同期モータ２はホストコントローラ９の指令により、モータ制御装置１の内部のＰＷＭスイッチング回路１２によって駆動され、このＰＷＭスイッチング回路１２にはＡＣ電源１７を整流器１８によって整流した直流電源が与えられる。

モータ制御装置１は、ハード回路である電流検出器３、振幅情報取得手段１３、電気角情報取得手段１４及び送信手段１５と、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と、を備える。
ＣＰＵは、演算手段としての２相／３相変換器４と電気角演算手段５と電気角差演算手段６としての機能をソフト処理で実現する。

電流検出器３は、三つ設けられ、それぞれＵ、Ｖ、Ｗの各相に供給される瞬時電流値を検出する。
ここで、「瞬時電流値」とは、時々刻々に変化する電流の瞬間的な値であって、実効値電流の様に平均的な電流を指すものではない。
なお、電流検出器３は、二つであってもよい。この場合、電流検出器３は、Ｕ、Ｖ、Ｗ各相の内何れか二つの相の瞬時電流値を検出する。

電気角情報取得手段１４は、ホストコントローラ９に接続され、ホストコントローラ９から、所要の回転角を磁石の極対数で割った角度である指令電気角θを示す電気角情報を、所定時間（例えば、０．５ミリ秒間隔）毎に取得する。

振幅情報取得手段１３は、ホストコントローラ９に接続され、ホストコントローラ９から、所要のモータ出力トルクを発生させるための電圧の指令振幅ｑを示す振幅情報を、所定時間（例えば、０．５ミリ秒間隔）毎に取得する。

２相／３相変換器４は、電気角情報取得手段１４が取得した電気角情報が示す指令電気角θと振幅情報取得手段１３が取得した振幅情報が示す指令振幅ｑを入力とし、これを１２０°位相のずれた三相の正弦波出力電圧に変換する。

電流検出器３は、それぞれ、同期モータ２の各相に供給される瞬時電流値を検出して、当該電流値を示す電流情報を出力する。

電気角演算手段５は、電流検出器３により出力された電流情報が示す電流値に基づき、同期モータ２の回転速度に応じて各相に発生する逆起電圧により影響される演算電気角θｒを演算する。

電気角差演算手段６は、電気角情報取得手段１４が取得した電気角情報が示す指令電気角θと電気角演算手段５が演算した演算電気角θｒとの差θｄを演算する。

演算結果である差θｄを示す情報は有限のビット長のデジタルデータであるが、１ビットのＯＮ、ＯＦＦの情報でもよい。この場合、演算結果である差θｄを示す情報は、０（零）又は正の値であるか、負の値であるかの二つの状態を表すことになる。

送信手段１５は、電気角差演算手段６が演算した差θｄを示す差情報を、同期モータ２の回転速度又は、回転位置を制御するために、装置外部のホストコントローラ９に送る。

ホストコントローラ９のＣＰＵは、目標速度目標トルク設定器１１と積分器７と積分係数掛算器１６と加算器８としての機能をソフト処理で実現する。

積分器７は、送信手段１５から送られる差情報である差θｄを積算し、積算差θｃとして出力する。

積分係数掛算器１６は、積分器７から出力された積算差θｃに係数Ｇを掛けて出力する。

加算器８は、積分係数掛算器１６から出力された積算差θｃと係数Ｇを掛けた値θｃ×Ｇと、ホストコントローラ９が目標値とする目標電気角θｏとを加算して指令電気角θとして出力し、モータ制御装置１に送る。

目標速度目標トルク設定器１１は、同期モータ２の所要の回転速度とトルクから目標電気角θｏと指令振幅ｑを出力する。
また、

以上、説明した各機能は、モータ制御装置１及びホストコントローラ９に内蔵されたＣＰＵが、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）又はハードディスク等の記憶装置に格納されたコンピュータ・プログラムを読み出し、ＣＰＵにより実行されるコンピュータ・プログラムが、記憶装置に格納されたデータベース（ＤＢ；Ｄａｔａ Ｂａｓｅ）やメモリ上の記憶領域からテーブル等の必要なデータを読み書きし、場合によっては、関連するハードウェア（例えば、入出力装置、表示装置、通信インターフェース装置）を制御することによって実現される。

次に、本発明の実施形態に係るモータ制御装置１及びホストコントローラ９のＣＰＵにおけるモータ制御処理について説明する。

モータ制御装置１のＣＰＵは、電気角情報取得手段１４が取得した指令電気角θと振幅情報取得手段１３が取得した指令振幅ｑを受信し、モータ制御処理を開始する。

モータ制御装置１において２相／３相変換器４は、指令電気角θの正弦ｓｉｎθと指令振幅ｑを掛けた ｑ×ｓｉｎθ が１２０°ずつ位相のずれた三相の正弦波出力電圧の値を演算し、この値に基づいてＰＷＭスイッチング回路１２がＵ，Ｖ，Ｗ各相の電圧としてモータに出力する。

図２は、２相／３相変換器４において、指令電気角θと指令振幅ｑから三相の正弦波出力電圧の値が演算されることを示している。

Ｕ、Ｖ、Ｗの各相に流れる電流もまた正弦波であり、この瞬時電流値を電流検出器３により検出する。

図３は、電気角演算手段５において、検出された電流値から演算電気角θｒが演算されることを示している。

同期モータ２の回転速度に応じて各相に発生する逆起電圧により影響される電気角つまり、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相の電流の位相である演算電気角θｒが、電気角演算手段５により、検出された三つの瞬時電流値から、図３に示す様に算術的そして一義的に求まる。

指令電気角θと演算電気角θｒとの差θｄつまり、θ−θｒが電気角差演算手段６により演算される。

差θｄを示す差情報は送信手段１５によりホストコントローラ９に送られ、モータ制御装置１はこれ以上の演算やデータ処理を行う必要はない。

ホストコントローラ９において、所定時間毎にモータ制御装置１から受信した連続した差θｄを、積分器７で積算した積算差θｃが演算される。

目標速度目標トルク設定器１１には、モータ軸に取付けられた回転角センサ１０のモータ回転角（機械角）情報が与えられ、これを磁極対数で割った角度（電気角）である目標電気角θｏが演算される。

積算差θｃに、積分係数掛算器１６により係数Ｇを掛けてから、加算器８により目標電気角θｏに加算した θｏ＋θｃ×Ｇ が、同期モータ２への指令電気角θとなる。

同時に目標速度目標トルク設定器１１は所要のトルクから、これに比例した指令振幅ｑを出力するがこれは直接モータ制御装置１に与えて構わない。

図４は、演算電気角θｒと目標電気角θｏの時間軸上の変化を示している。
図４に示すように、以上のホストコントローラ９内の演算により、演算電気角θｒは目標電気角θｏに一致する様に収束していく。

係数Ｇの大きさによって演算電気角θｒの収束の速さが調整できる。つまり、係数Ｇが大きければ速く、小さければ遅く収束して行く。

１ モータ制御装置、２ 同期モータ、３ 電流検出器、４ ２相／３相変換器、５ 電気角演算手段、６ 電気角差演算手段、７ 積分器、８ 加算器、９ ホストコントローラ、１０ 回転角センサ、１１ 目標速度目標トルク設定器、１２ ＰＷＭスイッチング回路、１３ 振幅情報取得手段、１４ 電気角情報取得手段、１５ 送信手段、１６ 積分係数掛算器、１７ ＡＣ電源、１８ 整流器

Claims (2)

1. ３相のコイルと複数の磁石を有し、ホストコントローラに制御される同期モータの制御装置であって、
   ホストコントローラに接続され、ホストコントローラから、所要の回転角を磁石の極対数で割った角度である指令電気角θを示す電気角情報を、所定時間毎に取得する電気角情報取得手段と、
   ホストコントローラに接続され、ホストコントローラから、所要のモータ出力トルクを発生させるための電圧の指令振幅ｑを示す振幅情報を、所定時間毎に取得する振幅情報取得手段と、
   電気角情報取得手段が取得した電気角情報が示す指令電気角θと振幅情報取得手段が取得した振幅情報が示す指令振幅ｑを入力とし、これを１２０°位相のずれた三相の正弦波出力電圧に変換する２相／３相変換器と、
   同期モータの各相に供給される瞬時電流値を検出して、当該電流値を示す電流情報を出力する二つ又は三つの電流検出器と、
   電流検出器により出力された電流情報が示す電流値に基づき、同期モータの回転速度に応じて各相に発生する逆起電圧により影響される演算電気角θｒを演算する電気角演算手段と、
   電気角情報取得手段が取得した電気角情報が示す指令電気角θと電気角演算手段が演算した演算電気角θｒとの差θｄを演算する電気角差演算手段と、
   電気角差演算手段が演算した差θｄを示す差情報を、同期モータの回転速度又は回転位置を制御するために、装置外部のホストコントローラに送る送信手段と、を備え、
   ホストコントローラとは別に設けられた制御装置。
2. 請求項１に記載の制御装置と、ホストコントローラと、を備える制御システムであって、
   ホストコントローラは、所定時間毎に制御装置から受信した連続した差情報が示す各差θｄを積算して積算差θｃとし、これをホストコントローラが目標値とする目標電気角θｏに加算することで同期モータへの指令電気角θを調整し、目標電気角θｏと制御装置の電気角演算手段が演算した演算電気角θｒとが一致する様に収束させる制御システム。

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