JPH01222685A - ブラシレスモータの電流モニタ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、ブラシレスモータの電流モニタ装置に関し、
さらに詳しくはブラシレスモータの速度制御なとに好適
に実施されるブラシレスモータの電流モニタ装置に関す
る。

従来の技術 いわゆるメカトロニクスなとに使用されるサーボモータ
は、広範囲かつ高精度の速度制御が可能なことが要求さ
れる。従来は直流モータが使用されていたが、ブラシ付
モータのために保守上の問題点があり、近時は多相巻線
を備えた交流ブラシレスモータが用いられている。

三相星形（Ｙ）結線のブラシレスモータを例にとると、
回転子に発生ずる各相のトルクＴ　ｒ　、　Ｔｓ、Ｔｔ
は、当該モータの各固定子巻線電流Ｉｒ。

Ｉｓ、Ｉｔと、それに直交する回転子磁束Φｌ−２ΦＳ
、Φｔの積に比例し、回転子に発生する全トルクＴは、
前記各相のトルクＴ１−、　Ｔ　ｓ　、　Ｔ　ｔの総和
である。

他方、トルクＴは負荷が定まれは回転子速度に比例する
。したがって各固定子巻線電流Ｉｒ、Ｉｓ、Ｉｔの方向
と大きさを制御することにより、回転速度とトルクの制
御を行なうことかできる。

そのために上記３相の各相の電流１ｒ、Ｉｓ、Ｉｔの大
きさと方向をモニタし、モニタ結果に基ついて制御する
ようにしたブラシレスモータの電流モニタ装置が提案さ
れている。

第４図は、先行技術（特開昭５７−７８３８．１号）に
よるブラシレスモータの電流モニタ装置２０の電気的構
成を示すブロック図である。ブラシレスモータ２］は、
３相の電機子巻線ｒ、ｓ、ｔを備え、電源ラインｆｆ１
ｒ、１ｓ、１ｔを介して駆動制御部２２に接続され、相
電流Ｉｒ、Ｉｓ、ＩＬが所定の順序て電源ラインｌｒ、
ＩＳ、ｌｔをながれて電機子巻線ｒ、ｓ、ｔが励磁され
て回転磁界か発生し、図示しない回転子が回転駆動され
る。

各相の電源ラインｆｆ１ｒ、ｆｓ、Ｉ！ｔに配置された
相電流検出器２３ｒ、２３ｓ、２３ｔによって前記相電
流値Ｉｒ、Ｉｓ、Ｉｔに対応した相電流検出信号ｉｒ、
ｉｓ、ｉｔがラインｊ！ｌｒ、ｎｌｓ、ｆｌｔに導出さ
れる。相電流検出信号ｉｒ。

ｉｓ、ｉｔは、反転回路２４　ｒ　、　２４　ｓ　、　
２４　ｔによって逆極性相電流検出信号−ｉｒ、−ｉｓ
。

−ｉｔが作成され、これによって相電流検出信号ｉｒ、
ｉｓ、ｉｔと、これらとは逆極性の相電流検出信号−ｉ
ｒ、−ｉｓ、−ｉｔの６種類の検出信号か電流信号選択
回路２５に入力される。

一方、ブラシレスモータ２１ぴ）回転軸と同軸にコミュ
テーションセンサ２６が取付けられ、励磁されている電
機子巻線＋−，ｓ、ｔの位置を検出して、角度検出信号
ｃ：＝ｔ、ｃｂ、ｃｃを回転方向判別回路２７の角度デ
ータ入力端子ａ、ｂ、ｃに入力する。回転方向判別回路
２５は、角度検出信号Ｃ：ａ、、ｃｂ、ｃｃに基づき、
ブラシレスモータ２１の回転子の回転方向を判別し、電
流選択信号Ｓａ、ｓｌ）、ｓｃと、これらとは逆相の電
流検出信号−ｓａ、−ｓｂ、＝＄Ｃを電流信号選択回路
２８に入力する。これによって電流信号選択回路２８は
、入力された前記相電流検出信号ｉｒ、ｉｓ。

ｉ　ｔ、　−ｉ　ｒ、　−ｉ　ｓ、　−ｉ　ｔを順次的
ｔこ選択し、相電流Ｉｒ、Ｉｓ、Ｉｔに関するデータを
電流モニタ信号ｉ　ｍとしてライン１３を介して駆動制
御部２２に入力し、また電流モニタ端子りにも導出する
。相電流検出器２３ｒ、２３ｓ、２３ｔとデ一タセレク
タ２４とコミュテーションセンサ２７はブラシレスモー
タ２１の電流モニタ装置２０を形成し、第４図において
一点鎖線で囲んで示す。

なお前記角度検出信号ｃａ、ｃｂ、ｃｃは、駆動切換回
路２９にも入力され、駆動制御回路２２内のスイッチン
グ手段（図示せず）を切換える切換信号が作成されて駆
動切換回路２９から駆動制御部２２に与えられる。上記
スイッチング手段は、たとえばトランジスタなどの半導
体素子により実現される。

ブラシレスモータ２１には、速度センサ２８が前記回転
軸２１Ｓに同軸に取り付けられ、ブラシレスモータ２１
の回転速度を検出して、速度信号ｖｓをライン１４を介
して駆動制御部２２に入力し、駆動制御部２２に与えら
れる図示しない速度指令信号と比較され、さらに電流モ
ニタ信号ｉ　ｍとからブラシレスモータ２１の速度制御
に必要なデータを算出し、前記スイッチング手段を制御
し、ブラシレスモータ２１の各電機子巻線ｒ、ｓ、ｔの
励磁に必要な相電流Ｉｒ、Ｉｓ、Ｉｔを供給する。この
ようにしてブラシレスモータの電流モニタと速度制御が
行われる。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、このような先行技術では、ブラシレスモ
ータの速度制御に必要な相電流をモニタするためには、
相数と同数の相電流検出器や、ブラシレスモータの回転
方向を検出するための回転方向判別回路が必要であった
。また各相電流は交流波形のためにサーボ系のゲイン調
整が不便で、モニタ電流波形を連続して得るためには回
路構成が複雑になるなどの問題点があった。

本発明の目的は、上述の問題点を解決し、簡単な回路構
成で所望の電流モニタが行えるようにしたブラシレスモ
ータの電流モニタ装置を提供することである。

課題を解決するための手段 本発明は、ブラシレスモータの少なくとも二つの相の巻
線電流を検出する電流検出手段と、ブラシレスモータの
回転子の回転角度を検出する回転角度検出手段と、 前記電流検出手段の出力の、前記回転角度検出手段の出
力に対応した組合わせを有する二つの相の値を減算して
、ブラシレスモータの回転方向に対応した極性と、１〜
ルクに対応したレベルを有するモニタ電気信号を得る回
路とを含むことを特徴とするブラシレスモータの電流モ
ニタ装置である。

作　　用 本発明に従うブラシレスモータの電流モニタ装置は、ブ
ラシレスモータの少なくとも２つの相に流れる電流を、
相電流検出手段によって検出し、残りの相電流について
は前記２相の電流よりき成して求める。通電中の電機子
巻線に対応する回転子の回転角度をブラシレスモータの
回転軸に取り付けた回転角度検出手段により求める。回
転角度検出手段の出力期間に対応した相電流の平均値を
求めて、電流モニタ端子に導出する。

実施例 第１図は本発明Ｊ）一実施例のブラシレスモータの電流
モニタ装置（り下、電流モニタ装置と記す）の電気的構
成を示すブロック図であり、第２図はその各部の波形を
示す波形図である。

第１図を参照して、電流モニタ装置１は、三相巻線ｒ、
ｓ、ｔを備えたブラシレスモータ（以下、モータと記す
）２の、少なくとも二つの相の巻線電流を検出する電流
検出手段としての相電流検出器３ｒ、３ｓと、モータ２
の回転子の回転角度を検出する手段であるコミュテーシ
ョンセンサ５と、前記相電流検出器３ｒ、３ｓの出力の
、前記コミュテーションセンサ５の出力に対応した組合
わせを有する二つの相の値を減算して、モータ２の回転
方向に対応した極性と、トルクに対応したレベルを有す
るモニタ電気信号を得る回路である電流信号選択回路６
と、複数の反転回路７ａ〜７ｄと、加算回路８ａ、８ｂ
と、平均回路９とから構成されている。

相電流検出器３ｒ、３ｓは、たとえば電流変成器などに
より実現され、モータ２の３相電源ライン１１−、（ｉ
　ｓ、１！ｔのうちの２相の電源ラインｌｒ、ｊ！ｓに
配置されて、各相電流Ｉｒ、Ｉｓ、Ｉｔのうちの２相、
たとえばしＩ相、■相に流れる相電流Ｉｒ、Ｉｓを検出
し、その電流値に対応した相電流検出信号ｉｒ、ｉｓを
ラインβ３ｒ、１３Ｓに導出する。ライ’／１３＋−と
ラインＮ３ｓは、加算回路７に個別的に接続され、ライ
ン１３＋−に現れる相電流検出信号１ｒと、ラインＮ３
ｓに現れる相電流検出信号ｉｓと力弓ヘクトル加算され
、ラインタ５にはその出力、すなわち負方向のＴ相の相
電流検出信号−ｉｔが導出される。

相電流検出信号−ｉ　ｔは演算増幅器などで実現される
反転回路８に入力されて極性が反転し、相電流検出信号
ｉｔとしてラインＮ３ｔに導出される。ライン１３ｒ、
ｌ　３ｓ、１２３ｔは各々二分され、その一方は複数チ
ャネルのテータセレクタ６＝ｔ、６ｂから成る電流信号
選択回路６の一方のデータ入力端子ｒａ、ｓａ、ｔａに
入力され、他方は反転回路９ａ、９ｂ、９ｃを介して他
方のデータ入力端子ｒｂ、ｓｂ、ｔｂに個別的に接続さ
れている。したか−）て電流信号選択回路６のデータ入
力端子ｒｂ、ｓｂ、ｔｂには、極性が反転された相電流
検出信号−ｉｒ、−ｉｓ、−ｉｔが個別的に入力される
。

コミュテーションセンサ５は、レゾルバあるいは磁気セ
ンナなどにより実現される機械角度を電気信号に変換す
る変換器であって、モータ２の回転軸４と同軸に連結さ
れ、モータ２の回転子（図示せず）の回転角度位置に対
応し、半サイクル毎に反転する３相の回転検出信号に変
換し、選択コード信号ｃａ、、ｃｂ、ｃｃとして、う・
ｆンｌ　４　ａ、　。

１４ｂ、１４ｃにこの順序で相別に導出する。選択コー
ド信号ｃａ、ｃｂ、ｃｃは前記電流信号選択回路６の選
択コード入力端子ｄａ、ｄｌｒ、ｄｃに入力され、前記
相電流検出信号ｉｒ、ｉｓ、ｉｔ、　−ｉ　＋−，−ｉ
　ｓ、　−ｉ　ｔの選択を指示する。

次に第１図と第２図をあわせて参照しつつ、本実施例の
動作を説明する。第２図（１）、（２）。

（３）は、コミュテーションセン→ノー５の出力、ずな
わちライン１４ａ、ｌ　４ｂ、１４ｃに導出される回転
検出信号ｃａ、ｃｌ：＋、ｃｃの波形を、この順序で示
したものである。回転検出信号Ｃεｔを基準にとり、そ
の１ザイクル期間をａ、し’　ｌ　（１”’　１ｆに６
等分し、２ｔからｆまでそれぞれの期間中に導出される
回転検出信号Ｃεｔ、ｃ：ｔ＋、ｃ：ｃのレベルを見る
と、たとえは期間ａては、ｃａ＝１．ｃｂ＝　０　、　
ｃ：　ｃ−１、したが−）て３ビツトｒｌｏＩＪの選択
コード信号か導出され、期間すては「１００」か、以下
、期間（〜ｆについても同様にして、第１表て示される
３ヒツトの選択コート信号が、電流信号ｊＸＸ四回路の
選択コード入力端子ｄ　ａ、　。

ｄｌ］、ｄｃにそれぞれ入力される。

第　　１　　表 電流信号選択回路６には、」１記選択コート信号に対応
する相電流検出信号ｉｒ、ｉｓ、　　・、　−ｉＳ、−
ｉｔの選択！ｆ３様が予め設定されており、たとえば選
択コードｒｌｏ１」か与えられると、電流信号選択回路
６はラインβ３１−とラインｆｆ１３ｓを選択し、相電
流検出信号１１−に対応する第１データセレクタ６ａの
出力Ｘかライン１ｘに、相電流検出信号ｉＳに対応する
第２テータセレクタ６ｂの出力Ｙかラインβｙにそれぞ
れ導出される。

本実施例による選択コート信号に対応する電流信号選択
回路６の選択態様を示すと、たとえば第２表のようにな
る。

第　　２　　表 第２図（４）、（５）は、相電流検出器３ｌ−１３Ｓて
検出された相電流検出信号ｉｒ、ｉｓの波形であり、第
２図（６）は、前述したように二つの相電流検出信号ｉ
ｒ、ｉｓからヘタ１〜ルき成された相電流検出信号１ｔ
の波形である。各波形に期間ａ、　□”ｆを割り当てる
と、たとえは期間ａては、相電流検出信号ｊ１−と相電
流検出信号−ｉｓか現れており、期間［）では相電流検
出信号ｌｌ−と相電流検出信号−１ｔか現れており、こ
れらは第２表とも一致する。第１データセレクタ６ａの
出力Ｘはラインｐｘに導出され、第２データセレクク６
１：）の出力Ｙはライン１ｙに導出される。導出された
出力Ｘ、Ｙは加算回路１０に個別に入力され、その出力
はライン１６を介して平均化回路１１に入力され、１７
′２されて電流モニタ信号ｉ　ｍが作成されてラインｐ
７を介して電流モニタ端子りに導出される。

第２図（７）は、電流モニタ信号ｉ　ｒｎの波形が示さ
れている。期間ａでは前述したように、電流信号選択回
路６は、出力Ｘとして相電流検出信号ｉ＋−を、出力Ｙ
として相電流検出信号−ｉＳをそれぞれ出力するから、
加算回路１０は演算１ｒ−（−ｉｓ）を実行し、さらに
平均化回路１１は上記減算値の平均である（ｉ　ｒ　−
（−ｉ　ｓ）　）／’２を、期間ａの電流モニタ信号ｉ
　ｍ　ａとして電流モニタ端子りに導出する。同様にし
て期間し）では（ｉ　ｒ　−（−ｉ　ｔ　）　）　／　
２に相当する電流モニタ信号ｊ　ｍ　ｌ二＋が電流モニ
タ端子りに導出される。以下同様である。第２図〈７）
に示されている電流モニタ信号ｉ　ｍ　ａ〜ｉ　ｍ　ｆ
の成分を第３表に示す。

第　　３　　表 このようにして得られた電流モニタ信号１　ｒｌ’ｌ　
＝ｔ〜ｉ　ｍ　ｆは、モータ２の各相に流れる相電流■
１・。

Ｉｓ、Ｉｔにそれぞれ対応して得られたものであり、モ
ータ２のトルクと比例関係にあるから、作業者はモニタ
端子りに導出される電流モニタ信号ｉｒｒＩａ−１ｍｆ
の値を測定器Ｇで調べれは、モータ２の発生トルクが判
明する。

第３図は、本発明の他の実施例の電流モニタ装置の電気
回路図である。電流モニタ装置１１は、第１図に示され
た電流モニタ装置１に類似し、対応する部分には同一の
参照符を付す。この実施例で注目すべきは、電流信号選
択回路６を形成する第１データセレクタ６ａと第２デー
タセレクタ６ｂには同一の相電流検出信号ｉｒ、ｉｓ、
ｉｔをデータとして入力し、選択コード信号ｃ　ａ、　
ｃ　ｂ　。

Ｃ（によって選択された第１データセレクタ６ａグ）出
力Ｘと、第２テータセしクク６に）の出力）７とを減算
回路２１に入力し、平均化回ｉ￥８１１を介して平均値
を求め、電流モニタ信号ｌｒ１′皇を作成するようにし
たことである。これによって前述の第１実施例と同一の
電流モニタ動作が複数の反転回路を省略して実現するこ
とかてきるのて、回路がさらに簡単化される。

上述の実施例では、トン相とＳ相に相電流検出器３ｒ、
３Ｓを配置するようにしたけれとも、他の相、たとえは
Ｓ相とＴ相から相電流ｉｓ、ｉｔを検出するようにして
もよい。さらに本実施例ではブラシレスモータの相数を
３としたけれとも、３相以上の多相巻線をＩＱえたブラ
シレスモータにおいても本実施例による電流モニタ装置
を用いて速度制御を行わせることができる。

発明の効果 り」二のように本発明によるブラシレスモータの電流モ
ニタ装置は、所望する電流モニタ信号を、３相の巻線の
うちの２相に相電流検出器を配置して検出し、残る１相
に−）いては前記２相の相電流検出器から得られる相電
流検出信号からき成して得るようにしたのて、回路構成
か簡単化される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブラシレスモータの電流モ
ニタ装置の電気的構成を示すブロック図、第２図はその
各部の信号の波形を示す波形図、第３１１；！Ｊは本発
明の他の実施例を示す図、第４図は先行技術を示す図で
ある。 ■・・ブラシレスモータの電流モニタ装置、２ブラシレ
スモーク、３ｒ、３Ｓ・・・相電流検出器、４−・・回
転軸、５・・コミュテーションセンサ、６　・電流信号
選択回路、６ａ、６ｔ＋　　データセレクク、７．１０
．２１・・加算回路、８．９２ｔ、９１：）、９Ｃ反転
回路、１１・・・平均化回路、ＩＯ・・駆動制御部、Ｄ
・・・電流モニタ端子 代理人　　弁理士　西教　圭一部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ブラシレスモータの少なくとも二つの相の巻線電流を検
   出する電流検出手段と、 ブラシレスモータの回転子の回転角度を検出する回転角
   度検出手段と、 前記電流検出手段の出力の、前記回転角度検出手段の出
   力に対応した組合わせを有する二つの相の値を減算して
   、ブラシレスモータの回転方向に対応した極性と、トル
   クに対応したレベルを有するモニタ電気信号を得る回路
   とを含むことを特徴とするブラシレスモータの電流モニ
   タ装置。