JP7405965B2 - モータ制御装置 - Google Patents

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Description

この発明は、モータ制御装置から動力線を通じてモータのステータコイルに供給される3相電流が前記モータ制御装置にフィードバックされると共に、前記モータ(ロータ)の回転状態がエンコーダを介して前記モータ制御装置にフィードバックされるモータ制御装置に関する。
例えば、日本国特開平09-16233号公報(以下、JPH09-16233Aという。)には、電源オン後の最初の加速時においてサーボモータの出力端子のU相、V相、W相の少なくとも2相に流れる電流を電流センサにより検出し、検出した電流波形のパターンを監視することで前記出力端子の誤結線の有無を判定するサーボ制御システムが開示されている(JPH09-16233Aの請求項1)。
JPH09-16233Aには、また、前記出力端子の誤結線を判定した場合、電圧指令出力相をソフトウエア的に自動的に切り換えて運転を続行してもよいことが開示されている(JPH09-16233Aの手続補正書の[0094])。
日本国特開2009-165267号公報(以下、JP2009-165267Aという。)には、電気角指令による回転方向とエンコーダにより検出される回転方向とを比較してモータの巻線のU、V、Wの相順の正しい接続(正接続)又は逆接続を判定するモータ制御装置が開示されている(JP2009-165267Aの[0029])。
上記したJPH09-16233Aに開示された技術では、電流波形のパターンを監視して出力端子の誤結線を判定し、電圧指令出力相をソフトウエア的に自動的に切り換えて運転を続けることが可能とされているが、電流波形のパターンの監視が複雑であるという課題がある。
また、上記したJP2009-165267Aに開示された技術では、エンコーダの回転方向(物理的接続)が正しいことが前提とされており、エンコーダの回転方向が物理的に逆に接続されていた、言い換えれば、エンコーダの取り付け方向を間違えて接続していた場合の処理については何も記載されていない。
この発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、モータに接続される3相の動力線の相順、又はエンコーダの取り付け方向(正、逆の極性)を、物理的に間違えて接続しても、これを簡単に検出し、前記動力線の物理的接続及び前記エンコーダの物理的接続を変更することなく、前記エンコーダにより検出される回転方向を回転指令に一致させることが可能なモータ制御装置を提供することを目的とする。
この発明の一態様に係るモータ制御装置は、回転指令に基づいた電圧指令によりモータを制御する制御部と、前記モータの回転方向の正、逆の極性を検出する回転方向検出部と、前記モータの動力線に流れる電流を検出する電流検出部と、を備えるモータ制御装置であって、前記制御部は、前記動力線の接続判定部と、相順変更部と、を備え、前記動力線の接続判定部は、前記回転指令に基づく前記モータの回転方向と、前記回転方向検出部により検出される回転方向の一致・不一致を判定し、前記相順変更部は、前記接続判定部により前記回転方向が不一致であると判定された場合、電流検出値の相順及び前記電圧指令の相順を変更するか、又は前記回転方向検出部が検出した極性を反転して前記モータを制御する。
この発明によれば、電力変換部とモータとの間に物理的に接続される動力線の相順や回転方向検出部の取り付け方向を間違えて接続しても、前記動力線の物理的接続を変更することなく、相順変更部において、電流検出部により検出されている電流検出値の相順及び3相の電圧指令の相順を変更するか、又は回転方向検出部により検出されている極性を反転して、モータを制御することで、前記モータの回転方向を回転指令による回転方向に一致させることができる。
図1は、実施形態に係るモータ制御装置の概略構成図である。 図2は、接続判定部の判定処理に参照される判定表を示す表図である。 図3は、実施形態に係るモータ制御装置の動作説明に供されるメインフローチャートである。 図4は、図3のメインフローチャート中、自動相順修正処理の詳細な処理説明に供されるフローチャートである。 図5A~図5Eは、それぞれ、xy直交座標で磁力線の方向に対するモータのロータの回転位置を示す模式図である。 図6は、実施形態に係るモータ制御装置の制御変更部の作用効果をブロック図的に説明する説明図である。 図7は、変形例に係るモータ制御装置の概略構成図である。
この発明に係るモータ制御装置について、好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下、詳細に説明する。
[構成]
図1は、実施形態に係るモータ制御装置10の概略構成図である。
モータ18を制御するモータ制御装置10は、回転指令生成部12、制御部22、電力変換部24、電流検出部としての電流センサ16、及び回転方向検出部としてのエンコーダ20を備える。
制御部22は、回転指令生成部12からの回転指令(回転指令信号)Crを受けて、電力変換部24を構成するPWM信号発生部(不図示)にU相、V相、W相の3相交流の電圧指令(電圧指令信号)Cvを送る。
電力変換部24は、該電力変換部24の出力側にU相、V相、W相の3相の動力線26の一端側が接続され、3相の動力線26の他端側が電流センサ16を通じて出力端子(ドットで図示している。)からモータ18のU相、V相、W相の入力端子(ドットで図示している。)に接続される。
3相の動力線26には、3相の電圧指令Cvに基づき電力変換部24で直流電力(不図示)が、3相の交流電力に変換されたU相、V相、W相の3相の交流電流が流れる。なお、電力変換部24に印加される前記直流電力は、例えば、3相交流電圧がコンバータ及びコンデンサにより整流された直流電圧の電力である。
モータ18に接続される3相の動力線26には、それぞれに流れるU相、V相、W相の3相の電流(モータ電流)Imを検出し、制御部22に、3相それぞれの電流検出信号(電流検出値)Diを送る電流センサ16が設けられている。
モータ18は、同期モータである。モータ18は、U相、V相、W相の3相の巻線を含むステータ(ステータコイル)と、永久磁石を含むロータとを有し、該ロータが、前記ステータコイルに供給される3相のモータ電流Imにより形成される回転磁界に同期して回転する。
モータ18の回転軸28にインクリメント式のエンコーダ20が軸支される。エンコーダ20は、原点信号であるZ相信号と、位相差が90゜となるA相信号、B相信号と、を出力し、エンコード信号Dab(Z相信号も含む)として、出力端子(ドットで図示している。)を介し入力端子(ドットで図示している。)を通じて制御部22に送る。なお、エンコーダ20は、インクリメント式に限らず、アブソリュート式を用いてもよい。
制御部22は、マイクロコンピュータにより構成され、CPUが処理を実行することで、トルク指令生成部30、電流指令生成部32、電圧指令生成部34及び制御変更部36として機能する。
制御変更部36は、相順変更部38と接続判定部40とから構成される。
トルク指令生成部30は、回転指令生成部12から受けた回転指令Crと、エンコード信号Dabに基づき制御部22の制御変更部36で生成されたA・B相フィードバック信号Fabと、の差に基づき、トルク指令(トルク指令信号)Ctを生成し、電流指令生成部32に送る。
電流指令生成部32は、トルク指令生成部30から送られてきたトルク指令Ctと、電流検出信号Diに基づき制御部22の制御変更部36で生成された電流フィードバック信号Fiと、の差に基づいて、電流指令(電流指令信号)Ciを生成(算出)し、電圧指令生成部34に出力する。
電圧指令生成部34は、電流指令Ciと相順変更指令(相順変更指令信号)Ccに基づいて、U、V、Wの3相の電圧指令Cvを生成して電力変換部24に送る。
制御変更部36中、接続判定部40は、回転指令Crが示すモータ18の回転方向(指令回転方向という。)と、エンコーダ20により検出されたエンコード信号Dabが示すモータ18の回転方向(検出回転方向という。)の一致・不一致を確認(判定)することで、3相の動力線26の接続(いわゆる、てれこ)及びエンコーダ20の取り付け方向の正否(正誤)を判定し、一致・不一致判定信号(一致・不一致判定結果信号)Dtを相順変更部38に出力する。
図2は、接続判定部40の判定処理に参照される判定表46を示している。判定表46は、制御部22の記憶部に予め記憶されている。
判定表46から分かるように、回転指令Crに基づくモータ18の回転方向(指令回転方向)が正方向でエンコーダ20のエンコード信号Dabにより検出され接続判定部40により判定されるエンコーダ20の回転方向(検出回転方向)が正方向(正極性)の場合(パターンI)と、回転指令Crに基づくモータ18の回転方向(指令回転方向)が逆方向でエンコード信号Dabにより検出され接続判定部40により判定されるエンコーダ20の回転方向(検出回転方向)が逆方向(逆極性)の場合(パターンIV)には、より簡潔に説明すると、回転指令Crに基づくモータ18の回転方向(指令回転方向)とエンコーダ20の回転方向(検出回転方向)が同相で回転していると判定した場合(パターンI、IV)には、「Dt=一致」の一致・不一致判定信号Dtが接続判定部40から出力される。
一方、回転指令Crに基づくモータ18の回転方向(指令回転方向)とエンコード信号Dabにより検出され接続判定部40により判定されるエンコーダ20の回転方向(検出回転方向)が互いに逆相で回転していると判定した場合(パターンII、パターンIII)には、「Dt=不一致」の一致・不一致判定信号Dtが接続判定部40から出力される。
なお、この実施形態において、回転方向の正方向(正極性)は、時計方向(CW方向)とし、回転方向の逆方向(逆極性)は、反時計方向(CCW方向)に規定している。
相順変更部38は、回転指令Crに基づくモータ18の回転方向(指令回転方向)と、エンコード信号Dabにより検出されるエンコーダ20の回転方向(検出回転方向)が不一致の場合、すなわち、互いに逆相に回転していて一致・不一致判定信号Dtが「Dt=不一致」とされている場合(パターンII、パターンIII)、前記動力線26の物理的接続や前記エンコーダ20の取り付け方向を変更することなく、次の第1手法又は第2手法により制御変更部36で各種相順の変更や極性の反転を行い、電圧指令生成部34を通じ、電力変換部24を介してモータ18を制御する。
第1手法:制御変更部36は、電流センサ16により検出している電流検出信号Diの相順を変更した電流フィードバック信号Fiを電流指令生成部32に出力すると共に、前記3相の電圧指令Cvの相順を変更する相順変更指令(相順変更指令信号)Ccを電圧指令生成部34に出力する。
第2手法:制御変更部36は、エンコーダ20により検出しているエンコード信号Dabの極性(相順)を変更したA・B相フィードバック信号Fabをトルク指令生成部30に出力する。
[動作]
次に、基本的には以上のように構成されるモータ制御装置10の制御部22の自動相順修正処理動作について、図3及び図4に示すフローチャートに基づいて詳しく説明する。なお、特に断らない限り、フローチャートによるプログラムを実行するのは制御部22のCPUであるが、これをその都度参照するのは繁雑になるので、必要に応じて参照する。
図3のメインフローチャートのステップS1にて、モータ制御装置10の制御部22は、上位制御装置(不図示)から動作準備指令の入力が有るか否かを判定する。
動作準備指令の入力が有ると判定した(ステップS1:YES)とき、ステップS2にて、制御部22は、自動相順修正処理を実行する。
図4は、ステップS2の自動相順修正処理の詳細フローチャートである。なお、詳細フローチャート中、ステップS2a~S2dの処理・判定は制御部22の接続判定部40により実行され、ステップS2eの自動相順修正処理は相順変更部38により実行される。
図5A~図5Eは、xy直交座標で磁力線52の方向に対するモータ18のロータ50の回転位置を示す模式図である。
図4の詳細フローチャートのステップS2aにて、接続判定部40は、電流指令生成部32を通じて第1の励磁位相270゜となる電流指令Ciを電圧指令生成部34に送る。
これにより、電圧指令生成部34で励磁位相270゜となる電流指令Ciに対応した3相の電圧指令Cvが生成され、電力変換部24からモータ18のステータコイルにロータ50が270゜位置に停止する3相のモータ電流Imが供給される。この場合、図5Aの太い直線の矢印に示す270゜の方向に磁力線52が生成され、ロータ50は、0゜から270゜の方向に向かって回転移動する。
次いで、ステップS2bにて、接続判定部40は、エンコーダ20からのエンコード信号Dabを確認してロータ50が停止する(ステップS2b:YES)まで待つ。図5Bは、励磁位相270゜でロータ50が停止している状態を示している。
次に、ステップS2cにて、接続判定部40は、第1の励磁位相270°とは異なる第2の励磁位相0°となる電流指令Ciを電圧指令生成部34に送る。
これにより、電圧指令生成部34で励磁位相0°となる電流指令Ciに対応した3相の電圧指令Cvが生成され、電力変換部24からモータ18のステータコイルにロータ50が0゜位置に停止する3相のモータ電流Imが供給される。この場合、図5Cの矢印で示す0゜の方向に磁力線52が生成され、ロータ50は、励磁位相270゜の位置から正(CW)方向、又は逆(CCW)方向のどちらかに回転する。
次いで、ステップS2dにて、接続判定部40は、判定表46を参照して、回転指令Crが指示するモータ18の回転方向、言い換えれば、回転指令Crに基づくモータ18の回転方向(指令回転方向)と、エンコード信号Dabが示すモータ18の回転方向、言い換えれば、エンコーダ20により検出されるエンコード信号Dabに基づくエンコーダ20の回転方向(検出回転方向)の一致・不一致を確認する。
図5Dに示すように、回転方向が不一致(指令回転方向と検出回転方向とが不一致で逆相)であった(ステップS2d:NO、不一致)場合、3相の動力線26の接続又はエンコーダ20の取り付けのどちらかが誤りであると判定し、一致・不一致判定信号Dtを「Dt=不一致」として相順変更部38に送る。
この場合、ステップS2eにて、相順変更部38は、電流センサ16により検出されている電流検出信号Diの相順を変更(修正)した電流フィードバック信号Fiが電流指令生成部32に送られるように変更すると共に、電圧指令Cvの相順変更指令Ccを電圧指令生成部34に送り、電圧指令生成部34による3相の電圧指令Cvの相順を変更する。
そして、再び、ステップS2a~S2dの処理を実行し、ステップS2dの判定が肯定的(ステップS2d:YES、一致)となったときに、ステップS2の自動相順修正処理を終了してステップS3(図3)に進む。なお、最初のステップS2dの判定処理にて、図5Eに示すように、一致・不一致判定信号Dtが「Dt=一致」と判定された(ステップS2d:YES)場合には、相順変更部38による処理を行わずにステップS3に進む。
ステップS3にて、制御部22は、ステップS1の動作準備指令入力に応じた動作準備完了信号を上位制御装置に返送する。
以降、モータ制御装置10は、制御変更部36の判定結果に基づいてモータ18を制御する。
なお、上述した第1の励磁位相270゜と第2の励磁位相0゜とは正(CW)方向で90゜回転する指令であるが、この組み合わせに限ることなく、回転指令方向と実回転移動方向が判別できる組み合わせであればよい。例えば、第1の励磁位相を315゜とし、第2の励磁位相を0゜とする組み合わせでもよい。
また、ステップS2dでの回転方向確認処理にて、回転方向が不一致であった場合、上述したステップS2eの処理で相順変更部38は、電流検出信号Diの相順を変更した電流フィードバック信号Fiが電流指令生成部32に送られるように変更すると共に、電圧指令Cvの相順変更指令Ccを電圧指令生成部34に送り、電圧指令生成部34による3相の電圧指令Cvの相順を変更するようにしている(上述した第1手法)がこれに限ることはない。
すなわち、これらの変更処理(第1手法:電流検出信号Diの相順変更処理及び電圧指令Cvの相順変更処理)を行うことなく、制御変更部36からトルク指令生成部30に送られるA・B相フィードバック信号Fabの極性が検出されたエンコード信号Dabと逆の極性となるように相順変更部38で変更する(第2手法:エンコード信号Dabの極性変更処理)ようにしてもよい。
図6は、実施形態に係るモータ制御装置10の制御変更部36の作用効果をブロック図的に説明する説明図である。
図6に示すように、制御変更部36は、回転指令Crに基づくモータ18の回転方向(指令回転方向(Cr))と、エンコーダ20により検出されるエンコード信号Dabに基づくエンコーダ20の回転方向(検出回転方向(Dab))と、の接続判定部40による一致・不一致の判定結果が、
(a)「一致」である場合(パターンI、IV)、
動力線26の相順(接続)及びエンコーダ20の取り付け方向が正しいと看倣して、相順変更部38による相順修正処理(ステップS2e)を行わずにモータ制御装置10によりモータ18を制御する。
なお、動力線26の相順及びエンコーダ20の取り付け方向が正しいと看倣してモータ18を制御する態様には、動力線26の相順(接続)が「てれこ」になっていて、且つエンコーダ20の取り付け方向が間違っている(取り付け方向が逆になっている)場合が含まれる。
接続判定部40による一致・不一致の判定結果が、
(b)「不一致」である場合(パターンII、III)、
動力線26の相順(接続)又はエンコーダ20の取り付け方向を間違えて接続していると判定し、相順変更部38による相順の自動修正処理(ステップS2e)を行って、モータ制御装置10によりモータ18を制御する。
実施形態に係るモータ制御装置10によれば、上記(a)、(b)のようにモータ18を制御することにより動力線26の物理的接続及びエンコーダ20の物理的接続(取り付け方向)を変更することなく、エンコーダ20により検出される回転方向、すなわちモータ18の回転方向を回転指令Crに一致させることができる。
[変形例]
上記実施形態は、以下のような変形も可能である。
図7は、変形例に係るモータ制御装置10Aの概略構成図である。図7において、上記した実施形態と同一構成については、同一の参照符号を付け、異なる部分だけを説明する。
この変形例に係るモータ制御装置10Aでは、回転指令Crに基づく前記ロータ50の回転方向に対するエンコード信号Dabにより検出される回転方向の一致、不一致の判定結果であるパターンI、II、III、IVのいずれであるのかを記憶する判定結果記憶部54(不揮発性の書き換え可能メモリ)を、モータ制御装置10Aの制御部22Aに設けると共に、表示部56を備えている。
この変形例に係るモータ制御装置10Aでは、第1に、モータ制御装置10Aが再起動された際、判定結果記憶部54に記憶されている判定結果(パターンI、II、III、IVのいずれか)を制御変更部36が使用し、前記電力変換部24を制御することができる。
第2に、制御部22Aは、表示部56上に判定結果記憶部54に記憶されている判定結果(図2に示した判定表46と、該当するパターン)を表示させることができる。
[実施形態及び変形例から把握し得る発明]
ここで、上記実施形態及び変形例から把握し得る発明について、以下に記載する。なお、理解の便宜のために構成要素には上記実施形態及び変形例で用いた符号を付けているが、該構成要素は、その符号をつけたものに限定されない。
この発明に係るモータ制御装置10、10Aは、回転指令Crに基づいた電圧指令Cvによりモータ18を制御する制御部22、22Aと、前記モータ18の回転方向の正、逆の極性を検出する回転方向検出部20と、前記モータ18の動力線26に流れる電流Imを検出する電流検出部16と、を備えるモータ制御装置10、10Aであって、前記制御部22、22Aは、前記動力線26の接続判定部40と、相順変更部38と、を備え、前記動力線26の接続判定部40は、前記回転指令Crに基づく前記モータ18の回転方向と、前記回転方向検出部20により検出される回転方向の一致・不一致を判定し、前記相順変更部38は、前記接続判定部40により前記回転方向が不一致であると判定された場合、電流検出値(電流検出信号Di)の相順及び前記電圧指令Cvの相順を変更するか、又は前記回転方向検出部20が検出した極性を反転して前記モータ18を制御する。
この構成により、電力変換部24とモータ18との間に物理的に接続される動力線26の相順や回転方向検出部20の取り付け方向を間違えて接続しても、動力線26の物理的接続を変更することなく、相順変更部38において、電流検出部16により検出されている電流検出信号Diの相順及び電圧指令Cvの相順を変更するか、又は回転方向検出部20により検出されている極性を反転して、モータ18を制御することで、モータ18の回転方向を回転指令Crによる回転方向に一致させることができる。
この場合、前記動力線26の接続判定部40は、前記回転方向の一致・不一致を判定する際、予め設定した第1の励磁位相270°となる電圧指令Cvを前記制御部22、22Aから出力させて前記ロータ50を停止させ、さらに、前記第1の励磁位相270°とは異なる予め設定した第2の励磁位相0°となる電圧指令Cvを前記制御部22、22Aから出力させたときに、前記回転方向の一致・不一致を判定するようにしてもよい。
このように、モータ18の回転方向の一致・不一致を判定する際、第1の励磁位相270°となる3相の電圧指令Cvを制御部22、22Aから出力させてモータ18を停止させ、さらに、第1の励磁位相270°とは異なる第2の励磁位相0°となる電圧指令Cvを制御部22、22Aから出力させたときのモータ18の回転に伴う回転方向の一致・不一致により判定することで、動力線26の接続の正誤と回転方向検出部20により検出されている極性の正、逆を関連づけて判定することができる。
さらに、前記接続判定部40の判定結果を記憶する判定結果記憶部54を備え、前記制御部22Aは、前記判定結果記憶部54に記憶されている前記判定結果に基づきモータ18を制御するようにしてもよい。
この構成によれば、モータ制御装置10Aの再起動の際に、接続判定部40による回転方向の確認処理(ステップS2a~S2d)を繰り返して行うことなく、モータ制御装置10Aにより迅速に正確にモータ18を制御することができる。
さらに、表示部56を備え、前記制御部22Aは、前記表示部56上に少なくとも前記判定結果を表示させるようにしてもよい。
この構成によれば、表示部56上でのビットの値や文字列で相順を入れ替えた等の表示によりオペレータが相順変更部38の動作の有無を把握することができる。
なお、この発明は、上述の実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

Claims (3)

  1. 回転指令に基づいた電圧指令によりモータを制御する制御部と、
    前記モータの回転方向の正、逆の極性を検出する回転方向検出部と、
    前記モータの動力線に流れる電流を検出する電流検出部と、
    を備え、
    前記制御部は、
    前記動力線の接続判定部と、相順変更部と、を備え、
    前記動力線の前記接続判定部は、
    前記回転指令に基づく前記モータの回転方向と、前記回転方向検出部により検出される回転方向の一致・不一致を判定し、
    前記相順変更部は、
    前記接続判定部により前記回転方向が不一致であると判定された場合、電流検出値の相順及び前記電圧指令の相順を変更するか、又は前記回転方向検出部が検出した極性を反転して前記モータを制御する、
    モータ制御装置であって、
    前記動力線の前記接続判定部は、
    前記回転方向の一致・不一致を判定する際、
    第1の励磁位相となる電圧指令を前記制御部から出力させて前記モータのロータを第1の励磁位相位置に停止させ、
    さらに、前記第1の励磁位相とは異なる第2の励磁位相となる電圧指令を前記制御部から出力させて前記モータの前記ロータを第2の励磁位相位置まで回転させて停止させたときに前記回転方向検出部により検出される前記モータの実回転方向と、前記回転指令の一致・不一致を判定する、
    モータ制御装置
  2. 請求項1に記載のモータ制御装置において、
    さらに、前記接続判定部の判定結果を記憶する判定結果記憶部を備え、
    前記制御部は、前記判定結果記憶部に記憶されている前記判定結果に基づき制御する、
    モータ制御装置。
  3. 請求項に記載のモータ制御装置において、
    さらに、表示部を備え、
    前記制御部は、前記表示部上に少なくとも前記判定結果を表示させる、
    モータ制御装置。
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