JPH07209342A - 交流モータ電流検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 インバータに使用されるスイッチング素子の
種類に関係なく、１個の電流検出器で多相交流モータに
供給される電流量を検出する。 【構成】 ３相交流モータ１は、複数のスイッチング素
子１２の一部のスイッチング素子１２をオンするオン駆
動時と、全てのスイッチング素子１２をオフするオフ駆
動時を交互に繰り返す３相インバータ７およびインバー
タ制御回路８によって定電流制御される。電源６から３
相インバータ７へ電流が流れる電流供給路９には、１個
の電流検出器１０が設けられ、電流検出器１０で検出さ
れた出力は増幅回路２０で増幅された後、電流算出器１
１で絶対値をとるべく全波整流される。そして、電流算
出器１１で全波整流された出力は、３相交流モータ１に
供給される電流量に対応する。このため、電流算出器１
１の出力によって３相交流モータ１に供給される電流量
が検出できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電源からインバータを
介して多相交流モータに供給される電流量を検出する交
流モータ電流検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、例えば、産業用ロボットや自動車
用モータなどには、直流モータに代わり、信頼性に優れ
た多相のブラシレス交流モータが主流になっている。こ
れら多相交流モータでは、交流モータに供給される電流
量を検出するために、モータ各相に電流を検出する電流
検出器を設けていた。

【０００３】この電流検出器は、モータに供給される電
気系（パワー系）と、電流量を検出する電気系（信号
系）とを、電気的に分離するために、ホール素子やカレ
ントトランス等が用いられる。これらの電流検出器は、
体格が大きく、かつ高価であるため、特開平２−２６２
８７３号公報に示すように、使用個数を低減する提案が
なされている。

【０００４】この特開平２−２６２８７３号公報には、
電源のグランド端子に接続された３相インバータのトラ
ンジスタの下側アームと、逆並列ダイオードとを分離
し、この分離した間に電流検出器を１個設けることで、
３相交流モータに供給される電流量を検出するものであ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、特開平２−
２６２８７３号公報に開示された技術では、インバータ
に用いられるスイッチング素子がトランジスタの場合は
適応できるが、スイッチング速度、損失の点からスイッ
チング素子の主流となっているパワーＭＯＳや、ＩＧＢ
Ｔでは、寄生ダイオードが逆並列ダイオードとして作用
するために分離ができない。従って、特開平２−２６２
８７３号公報に開示された技術では、現在主流のスイッ
チング素子を用いたインバータには適用できない不具合
を有していた。

【０００６】

【発明の目的】本発明は、上記の事情に鑑みてなされた
もので、その目的は、使用されるスイッチング素子の種
類に影響されることなく、１個の電流検出器で多相交流
モータに供給される電流量を検出することのできる交流
モータ電流検出装置の提供にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の交流モー
タ電流検出装置は、次の技術的手段を採用した。交流モ
ータ電流検出装置は、電流の供給を受けると磁界を発生
して、発生した磁界によって回転力を生じさせる複数の
コイルを備える多相交流モータと、この交流モータに電
流を供給する電源と、この電源と前記複数のコイルとの
間の電流供給路に設けられ、前記複数のコイルのそれぞ
れに供給される電流を制限する複数のスイッチング素子
を備えるとともに、この複数のスイッチング素子にそれ
ぞれ並列に接続された逆並列ダイオードを備えたインバ
ータと、前記複数のスイッチング素子の一部をオンする
オン駆動時と、前記複数のスイッチング素子の全てをオ
フするオフ駆動時とを交互に繰り返すインバータ制御回
路とを備える交流モータ駆動装置に用いられるもので、
前記電源と前記インバータとの間の電流供給路に設けら
れ、この電流供給路を流れる電流を検出する電流検出器
と、この電流検出器の出力の絶対値をとることで、前記
交流モータに供給される電流量を検出する電流算出器と
を備える。

【０００８】請求項２記載の交流モータ電流検出装置
は、請求項１記載の交流モータ電流検出装置において、
前記電流検出器が、前記電源の正端子と前記インバータ
との間の電流供給路に設けたことを要旨とする。

【０００９】

【発明の作用】インバータ制御回路によって、複数のス
イッチング素子の一部がオンすると、電源、電流検出
器、スイッチング素子、交流モータの複数のコイルの一
部、あるいは全部のループで電流が流れる（オン駆動
時）。インバータ制御回路によって、複数のスイッチン
グ素子の全部がオフすると、それまで通電されていたコ
イルのインダクタンスによって、コイル、電流検出器、
逆並列ダイオード、電源のループで電流が流れる（オフ
駆動時）。

【００１０】オン駆動時とオフ駆動時とでは、電流検出
器に流れる電流の方向が逆になる。つまり、電流検出器
で検出される出力は、オン駆動時とオフ駆動時とでは、
出力の符号が逆になる。そこで、電流検出器の出力の絶
対値を電流算出器によってとることで、交流モータに供
給される電流量が検出できる。

【００１１】また、請求項２の構成を採用することによ
り、例えば、インバータと多相交流モータとの間の電流
供給路が、アース（接地）に短絡してしまった時におい
ても、電源の正端子からインバータおよび多相交流モー
タに向けて流れる電流を検出することが可能である。

【００１２】

【発明の効果】本発明の交流モータ電流検出装置は、上
記の作用で示したように、電源とインバータとの間の電
流供給路に１個の電流検出器を設け、その出力の絶対値
から多相交流モータに供給される電流量を検出すること
ができる。また、この発明は、従来技術で示したよう
に、電流検出器をスイッチング素子と逆並列ダイオード
との間に設ける必要がないため、使用されるスイッチン
グ素子はトランジスタ、パワーＭＯＳ、ＩＧＢＴなど、
種類に影響されることなく、１個の電流検出器で多相交
流モータに供給される電流量を検出することができる。

【００１３】また、請求項２の交流モータ電流検出装置
は、上記の作用で示したように、例えば、インバータと
多相交流モータとの間の電流供給路が、アース（接地）
に短絡してしまった時にも、電流量を検出することが可
能であるため、従って、インバータに対して課題電流を
流してしまい、スイッチング素子を破壊してしまうよう
なことがない。

【００１４】

【実施例】次に、本発明の交流モータ電流検出装置を、
図に示す一実施例に基づき説明する。 〔作動原理の説明〕図１および図２は本発明の作動原理
を説明するためのもので、図１は単相交流モータを用い
た原理モデルの電気回路、図２は図１における各部の電
流波形を示す図である。この原理モデル１００は、単相
交流モータ１０１を駆動する交流モータ駆動装置１０２
と、単相交流モータ１０１に供給される電流量を検出す
る電流検出装置１０３とを備える。

【００１５】交流モータ駆動装置１０２は、交流モータ
１０１に電流を供給するための電源であるバッテリ１０
４と、このバッテリ１０４から単相交流モータ１０１に
供給される電流量を調節するインバータ１０５と、この
インバータ１０５を制御するインバータ制御回路１０６
とから構成される。一方、電流検出装置１０３は、バッ
テリ１０４とインバータ１０５との間の電流供給路１０
７に設けられた電流検出器１０８と、この電流検出器１
０８の出力の絶対値をとる電流算出器１０９とから構成
される。なお、電流算出器１０９で処理された検出電流
量は、インバータ制御回路１０６に出力され、インバー
タ制御回路１０６は、入力された検出電流値と、制御装
置（ＥＣＵ）１１３からの電流指令値とを加味してイン
バータ１０５、つまり交流モータ１０１を制御する。

【００１６】〔交流モータ駆動装置１０２の説明〕イン
バータ１０５は、４つのスイッチング素子１１０（例え
ばパワーＭＯＳ）と、この４つのスイッチング素子１１
０にそれぞれ並列に接続された逆並列ダイオード１１１
とから構成され、単相交流モータ１０１の１つのコイル
１１２は２組のスイッチング素子１１０の間に接続され
る。

【００１７】インバータ制御回路１０６は、２つのスイ
ッチング素子１１０を同時にオンするオン駆動時と、全
てのスイッチング素子１１０を同時にオフするオフ駆動
時とを交互に繰り返す。そして、オン駆動時は、２つの
スイッチング素子１１０がオンされることにより、図１
の実線矢印に示すように、バッテリ１０４→スイッチン
グ素子１１０→コイル１１２→スイッチング素子１１０
→バッテリ１０４のループで電流が流れる。この時、バ
ッテリ１０４とインバータ１０５との間の電流供給路に
流れる電流量は、図２の区間ＡONに示すように、プラス
方向の電流が流れる。また、この時、コイル１１２に流
れる電流量は、図２の区間ＢONに示すように、モータ電
流が増加する。そして、コイル１１２へのモータ電流が
所定値Ｉmax に上昇すると、全てのスイッチング素子１
１０がオフされるオフ駆動時に切り替わる。

【００１８】オフ駆動時は、全てのスイッチング素子１
１０がオフされることにより、図１の破線矢印に示すよ
うに、コイル１１２のインダクダンスにより、コイル１
１２→逆並列ダイオード１１１→バッテリ１０４→ダイ
オード１１１→コイル１１２のループで電流が流れる。
この時、バッテリ１０４とインバータ１０５との間の電
流供給路に流れる電流量は、図２の区間ＡOFF に示すよ
うに、マイナス方向の電流が流れる。また、この時、コ
イル１１２に流れる電流量は、図２の区間ＢOFF に示す
ように、モータ電流が減少する。そして、コイル１１２
へのモータ電流が所定値Ｉmin に低下すると、２つのス
イッチング素子１１０がオンされるオン駆動時に切り替
わる。以上のようなオン、オフを繰り返すことで、モー
タ電流はＥＣＵ１１３からの電流指令値に制御される。

【００１９】〔電流検出装置１０３の説明〕電流検出器
１０８は、電源であるバッテリ１０４と、インバータ１
０５との間の電流供給路１０７に設けられるもので、電
流供給路１０７を流れる電流と電気的に分離するため
に、ホール素子やカレントトランスを用いている。電流
検出器１０８は、バッテリ１０４とインバータ１０５と
の間の電流供給路１０７に設けられるため、電流検出器
１０８は、図２に示す電流を検出する。つまり、電流検
出器１０８は、オン作動時にプラス方向の電流量を検出
し、オフ作動時にマイナス方向の電流量を検出する。

【００２０】電流算出器１０９は、電流検出器１０８の
出力を絶対値をとるもので、本実施例では周知の全波整
流回路を採用する。これにより、電流検出器１０８の検
出したオン作動時のプラス方向の電流量も、オフ作動時
のマイナス方向の電流量も、どちらもプラス方向の電流
量として検出でき、電流算出器１０９の出力がコイル１
１２に印加される電流量に対応する。つまり、交流モー
タ１０１に印加される電流量が検出できる。

【００２１】〔実施例〕次に、本発明の交流モータ電流
検出装置を、３相交流モータ制御システムを基に説明す
る。図３は３相交流モータの制御システムの概略電気回
路図を示す。この図３に示すように、３相交流モータ制
御システムは、ブラシレスの３層交流モータ１と、この
ブラシレスの３相交流モータ１を駆動する交流モータ駆
動装置２と、３相交流モータ１に供給される電流量を検
出する電流検出装置３と、交流モータ１に電流を供給す
る電源６とを備える。また、外部に設けられた制御装置
（ＥＣＵ）１６からの信号が、交流モータ駆動装置２に
入力されている。

【００２２】交流モータ駆動装置２は、電源６から３相
交流モータ１に供給される電流量を調節する３相インバ
ータ７と、この３相インバータ７を制御するインバータ
制御回路８とから構成される。電流検出装置３は、電源
６と３相インバータ７との間の電流供給路９に設けられ
た電流検出器１０と、この電流検出器１０の出力を増幅
する増幅器２０と、この増幅器２０にて増幅された出力
の絶対値をとる電流算出器１１とから構成される。な
お、本実施例でも電流算出器１１で読み取られた検出電
流量は、インバータ制御回路８に出力され、インバータ
制御回路８は、入力された検出電流値を加味してインバ
ータ７、つまり交流モータ１を制御する。電源６は、直
流バッテリ４と、平滑用コンデンサ５とからなる。ま
た、ＥＣＵ１６は、３相交流モータ１の回転指示信号
（電流指令値、回転方向等）をインバータ制御回路８に
与える。

【００２３】〔交流モータ駆動装置２の説明〕３相イン
バータ７は、６つのスイッチング素子１２（例えばパワ
ーＭＯＳ）と、この６つのスイッチング素子１２にそれ
ぞれ並列に接続された逆並列ダイオード１３とから構成
される。３相インバータ７の３相出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗ
は、スター結線された３相交流モータ１の３つのコイル
１４にそれぞれ接続されるものである。なお、３相交流
モータ１には、図示しないロータの磁極位置を検出する
磁極センサ１５が設けられている。

【００２４】インバータ制御回路８は、ＥＣＵ１６から
の電流指令値等と、電流検出装置３で検出された検出電
流値とによりＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ回路１７と、
磁極センサ１５からのロータの磁極位置検出信号に応じ
て、ＰＷＭ信号をスイッチング素子１２に与えるための
ロジック回路１８と、このロジック回路１８の信号に基
づきスイッチング素子１２をオン、オフするスイッチン
グ素子駆動回路１９とから構成される。

【００２５】〔電流検出装置３の説明〕電流検出装置３
は、上述の作動原理で説明した構成と基本的に同一の構
成を採用する。電流検出器１０は、電源６と、３相イン
バータ７との間の電流供給路９に設けられるもので、電
流供給路９を流れる電流と電気的に分離するために、ホ
ール素子あるいはカレントトランスを１個用いたもので
ある。電流検出器１０で検出された出力は、増幅回路２
０によって増幅され、電流算出器１１に出力される。電
流算出器１１は、増幅回路２０で増幅された電流検出器
１０の出力の絶対値をとるために、入力電流を全波整流
する周知の全波整流回路を採用する。これにより、電流
供給路９に流れるオン作動時のプラス方向の電流も、オ
フ作動時のマイナス方向の電流も、どちらもプラス方向
の電流として検出できる。つまり、電流算出器１１の出
力は、３つのコイル１４に流れる電流に対応する。即
ち、電流算出器１１の出力により、交流モータ１に流れ
る電流量が検出できる。

【００２６】〔実施例の効果〕本実施例では、電源６と
インバータ７との間の電流供給路９に設けられた１個の
電流検出器１０を用いて３相交流モータ１に供給される
電流量を検出することができる。また、従来技術で示し
たように、電流検出器１０をスイッチング素子１２と逆
並列ダイオード１３との間に設ける必要がないため、使
用されるスイッチング素子１２は、トランジスタ、パワ
ーＭＯＳ、ＩＧＢＴなど、種類に影響されることなく、
１個の電流検出器１０で３相交流モータ１に供給される
電流量を検出することができる。

【００２７】また、電流検出器１０が１個となるので、
電流検出器１０を多数設けた場合に発生する電流検出器
１０のゲイン・オフセットなどのバラツキによる影響が
ない。さらに、スイッチング素子１２をオフした時に、
交流モータ１のコイル１４の両端が電源６にクランプさ
れるため、電流の立ち下がりが早くなり、交流モータ１
の応答性が良くなるというメリットもある。

【００２８】〔変形例〕上記の実施例では、３相インバ
ータを例に示したが、２相や、４相以上の多相インバー
タに本発明を採用しても良い。また、上記の実施例で
は、電流検出器を電源のプラス側に設けた例を示した
が、マイナス側に設けても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】単相交流モータモデルの電気回路図である（作
動原理）。

【図２】電流波形を示す図である（作動原理）。

【図３】３相交流モータの制御システムの概略電気回路
図である（実施例）。

【符号の説明】

１ ３相交流モータ（多相交流モータ） ２ 交流モータ駆動装置 ６ 電源 ７ ３相インバータ ８ インバータ制御回路 ９ 電流供給路 １０ 電流検出器 １１ 電流算出器 １２ スイッチング素子 １３ 逆並列ダイオード １４ コイル

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （ａ）電流の供給を受けると磁界を発生して、発生した
   磁界によって回転力を生じさせる複数のコイルを備える
   多相交流モータと、 （ｂ）この交流モータに電流を供給する電源と、 （ｃ）この電源と前記複数のコイルとの間の電流供給路
   に設けられ、前記複数のコイルのそれぞれに供給される
   電流を制限する複数のスイッチング素子を備えるととも
   に、この複数のスイッチング素子にそれぞれ並列に接続
   された逆並列ダイオードを備えたインバータと、 （ｄ）前記複数のスイッチング素子の一部をオンするオ
   ン駆動時と、前記複数のスイッチング素子の全てをオフ
   するオフ駆動時とを交互に繰り返すインバータ制御回路
   とを備える交流モータ駆動装置に用いられるもので、 （ｅ）前記電源と前記インバータとの間の電流供給路に
   設けられ、この電流供給路を流れる電流を検出する電流
   検出器と、 （ｆ）この電流検出器の出力の絶対値をとることで、前
   記交流モータに供給される電流量を検出する電流算出器
   とを備える交流モータ電流検出装置。
2. 【請求項２】前記電流検出器は、前記電源の正端子と前
   記インバータとの間の電流供給路に設けられた請求項１
   記載の交流モータ電流検出装置。