JPH07231698A

JPH07231698A - モータ制御装置

Info

Publication number: JPH07231698A
Application number: JP6020550A
Authority: JP
Inventors: Fuyuhiko Yoshikura; 冬彦吉倉; Tomoyuki Otake; 知之大竹; Minoru Enomoto; 稔榎本; Hiroyuki Ito; 浩行伊藤; Soichiro Takano; 操一郎高野
Original assignee: Toyota Motor Corp; Toyoda Koki KK
Current assignee: Toyota Motor Corp; Toyoda Koki KK
Priority date: 1994-02-17
Filing date: 1994-02-17
Publication date: 1995-08-29
Anticipated expiration: 2016-02-05
Also published as: JP3133207B2

Abstract

(57)【要約】【目的】複数の３相交流モータに電流を供給するイン
バータのパワートランジスタ数を減少する。【構成】アーム２１〜２６の出力端ｃがそれぞれ４つ
のモータ１〜４に接続されるが、１つのアームの出力端
ｃはそれぞれ２つのモータに接続されている。そして、
１つのモータへ接続されている３つのアームの出力端ｃ
それぞれことなるモータに接続されている。そこで、１
つのモータを駆動する場合に、他の３つのモータにも電
圧が印加されるが、電流は流れず、問題は生じない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、３次元移動装置など複
数のモータを有するシステムにおいて、モータへの電圧
印加を制御するモータ制御装置、特に複数の３相交流モ
ータへの電圧印加を制御するインバータの構成に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、各種製品の製造工程において
は、被加工物の搬送、把持、移動、加工などのために複
数のモータを使用する。このモータとして、例えば３相
交流モータが使用され、この３相交流モータへの電圧印
加制御には、インバータが用いられる場合が多い。この
インバータは、直流電力を所望の交流電流に変換し、３
相交流モータの駆動を制御するものである。

【０００３】ここで、一般的なインバータ及び３相交流
モータの構成を図５に示す。インバータ１０は、直流電
圧のプラス＋とマイナス−間を結ぶ３のアーム（直列接
続されたパワートランジスタ対）からなっており、アー
ムはそれぞれ２つのパワートランジスタからなってい
る。一方、モータ１２は、３つのコイルを有しており、
これらコイルの１端は、互いに接続されており、他端に
は、端子ａ，ｂ，ｃが設けられている。そして、各アー
ムの出力端（各パワートランジスタ間接続点）が、それ
ぞれ端子ａ、ｂ、ｃに接続されている。この例では、左
アームの出力端が端子ａ、中アームの出力端が端子ｂ、
右アームの出力端が端子ｃに接続されている。なお、各
パワートランジスタは、それぞれのベースに供給される
制御信号によってオンオフされ、各パワートランジスタ
は逆流破壊防止用のダイオードを有している。

【０００４】このような構成において、左上、中下、右
下のパワートランジスタをオンすることによってモータ
に対し、第１相（ａ相）の電流を供給でき、パワートラ
ンジスタ中上、右下、左下をオンすることによって第２
相（ｂ相）の電流を供給でき、パワートランジスタ右
上、左下、中下をオンすることによって第３相（ｃ相）
の電流を供給でき、これを所定の周期で順次繰り返すこ
とによって、所定の回転磁界を形成してモータ１２を駆
動することができる。例えば、ステータに回転磁界を形
成し、内部のロータを回転することができる。なお、イ
ンバータ１０は、サーボアンプ等の出力によって制御さ
れ、これによってモータ１２の回転が所望のものに制御
される。

【０００５】さらに、システムによっては、複数のモー
タを制御することも多い。この場合には、図６に示すよ
うに、軸切換え部１４を設け、インバータ１０から複数
のモータへの電流供給を制御する。この軸切換え部１４
は、４つのモータ１、２、３、４の各端子に対応する１
２個のパワートランジスタから構成されている。すなわ
ち、インバータ１０の右アームの出力端はそれぞれ１つ
のパワートランジスタを介し、各モータ１、２、３、４
の第１の端子ａ１，ａ２，ａ３，ａ４にそれぞれ接続さ
れており、中アームの出力端はそれぞれ１つのパワート
ランジスタを介し各モータ１、２、３、４の第２の端子
ｂ１，ｂ２，ｂ３，ｂ４にそれぞれ接続されており、左
アームの出力端はそれぞれ１つのパワートランジスタを
介し各モータ１、２、３、４の第３の端子ｃ１，ｃ２，
ｃ３，ｃ４にそれぞれ接続されている。そこで、軸切換
え部１４における駆動したいモータ１、２、３、４に対
応するパワートランジスタをオンすることによって、イ
ンバータ１０がそのモータに接続されることになり、イ
ンバータ１０の所定の制御によって、当該モータの駆動
を制御することができる。

【０００６】図７に、この制御装置の動作のフローチャ
ートを示す。この例は、シーケンサからの位置割出し指
令である。まず、割出し指令は、割出し制御部と、軸切
換え制御部の両方に供給される。そこで、これら割出し
制御部と、軸切換え制御部は平行して処理を行う。

【０００７】まず、割出し制御部は、割出し指令の内容
から、どの軸をどの位置にどれだけの速度で位置決めす
ればよいのかを判断する（Ｓ１１）。次に、制御対象と
するモータのａ，ｂ，ｃ端子にどのような電流を供給す
ればよいかを判断する。すなわち、制御対象軸のモータ
に対するインバータ１０の出力電圧パターン（ａ，ｂ，
ｃ相）を決定する（Ｓ１２）。そして、得られた出力電
圧パターンを得るべくインバータ１０のパワートランジ
スタのスイッチングを制御する（Ｓ１３）。

【０００８】ここで、Ｓ１３における実際の制御の際に
は、駆動した軸を駆動するモータにインバータ１０の出
力電流が供給されなければならない。そこで、軸切換え
制御部は、割出し指令に基づいて、制御対象とするのは
どの軸か、すなわちどのモータを駆動するかを判断する
（Ｓ２１）。そして、モータ１を動かす場合には、軸切
換え部１４の対応するパワートランジスタのみをオンし
て、インバータ１０をモータ１のａ１，ｂ１，ｃ１に接
続する（Ｓ２２，２３）。また、モータ２を動かす場合
には、インバータ１０をモータ２のａ２，ｂ２，ｃ２に
接続する（Ｓ２４，２５）。モータ３を動かす場合に
は、インバータ１０をモータ３のａ３，ｂ３，ｃ３に接
続する（Ｓ２６，２７）。そして、モータ４を動かす場
合には、インバータ１０をモータ４のａ４，ｂ４，ｃ４
に接続する（Ｓ２８，２９）。

【０００９】この軸切換え部１４における切換えは、Ｓ
１３におけるインバータ１０の制御、すなわちインバー
タからの電流の出力より先に完了していなければならな
い。また、軸を切り換えて他の軸を動かす場合は、前に
制御していた軸が停止したことを確認してから軸を切り
替えなければならない。これは、まだ動いている時に軸
を切り替えると減速停止時の回生エネルギーが他の軸の
駆動用モータに印加されてしまうからである。

【００１０】このようにして、軸切換え部１４によっ
て、インバータ１０を制御対象となっている軸を駆動す
るモータに接続するため、Ｓ１３によって出力される電
流が所定のモータに供給され、割出し指令に応じた動作
が行われる。

【００１１】図８に、モータ１の駆動に引き続きモータ
２を駆動する際のタイミングチャートを示す。このよう
に、軸切換え部１４によるモータ１の選択の後にインバ
ータ１０が動作し、モータ１に所望の電流を供給する。
そして、モータ１が完全に停止した後、軸切換え部１４
が内部のパワートランジスタを制御してモータ２を選択
する。そして、この切換え完了後、インバータ１０がモ
ータ２に電流を供給し、モータ２が駆動される。なお、
軸切換え部１４は、パワートランジスタに代えて、マグ
ネットスイッチ等で構成してもよい。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】このように、軸切換え
部１４を設けることによって、１つのインバータ１０の
出力を複数のモータに切換えて供給することができ複数
のモータの回転（複数軸の移動）を制御することができ
る。

【００１３】しかし、上記従来例では、１つのモータに
ついて、３つの軸切換え用パワートランジスタが必要で
ある。このパワートランジスタはモータの駆動電流を流
すものであり、大電流を流さなければならず、かなり高
価なものである。そこで、この構成では制御装置が高価
になってしまうという問題点があった。一方、マグネッ
トスイッチを用いれば、比較的安価にはなるが、スイッ
チング動作のスピードが十分ではなく、マグネットスイ
ッチの反応時間のために切換え動作に遅れが生じてしま
うという問題点があった。

【００１４】本発明は、高速なスイッチングが行える、
パワートランジスタを用い、安価な制御装置を提供する
ことを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、少なくとも第
１及び第２のモータに３相交流電圧を印加し、これらモ
ータの駆動を制御するモータ制御装置であって、直流電
源から供給される直流電圧のプラスとマイナスの間に直
列接続されたパワートランジスタ対を５以上設けたイン
バータと、このインバータにおける３つのパワートラン
ジスタ対の各パワートランジスタ間接続点を第１のモー
タの３つの端子にそれぞれ接続する第１のモータ用接続
手段と、インバータの上記３つのパワートランジスタ対
以外の２つのパワートランジスタ対の各パワートランジ
スタ間接続点を第２のモータの２つの端子に接続すると
共に、上記第１のモータ用接続手段が接続されているい
ずれか１つのパワートランジスタ接続点を第２のモータ
の他の１つの端子に接続する第２のモータ用接続手段
と、を有することを特徴とする。

【００１６】

【作用】第１のモータ用接続手段を介し、モータに電流
を供給することによって、第１のモータを駆動できる。
この時、第２のモータ接続手段を介し第２のモータへも
その１つの端子に電圧が供給される。しかし、第２のモ
ータへの電圧供給は１つの端子だけであるため、第２の
モータには電流が流れず、ここにおいて余分なトルク発
生などはない。そして、このようにインバータのパワー
トランジスタ対の一部を複数のモータへの電流供給に共
用したため、装置全体としてのパワートランジスタの数
を減少することができる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面に基づ
いて説明する。図１は、本制御装置と被制御対象である
モータを示す構成図である。この例では、図６の例と同
様に、４つのモータ１、２、３、４が被制御対象になっ
ている。各モータは、それぞれ３つのコイルＡ，Ｂ，Ｃ
（１Ａ，１Ｂ， … ４Ｂ，４Ｃ）を有しており、その
コイルＡ，Ｂ，Ｃの一端は共通接続され、他端が端子
ａ，ｂ，ｃになっている。

【００１８】一方、軸切換機能付インバータ部２０は、
直流電圧のプラス＋とマイナス−間を結ぶ６のアーム
（パワートランジスタ対）２１、２２、２３、２４、２
５、２６からなっている。これらのアームは、それぞれ
パワートランジスタａ，ｂ（２１ａ，ｂ、２２ａ，ｂ、
２３ａ，ｂ、２４ａ，ｂ、２５ａ，ｂ、２６ａ，ｂ）か
らなっており、これらアームの出力端ｃ（２１ｃ …
２６ｃ：パワートランジスタ同士の接続点）が各モータ
１〜４のそれぞれの端子１ａ，１ｂ，１ｃ…４ａ，４
ｂ，４ｃに接続されている。

【００１９】ここで、出力端２１ｃは端子１ａ，３ｃ、
出力端２２ｃは端子１ｂ，４ａ、出力端２３ｃは端子１
ｃ，２ａ、出力端２４ｃは端子２ｂ，４ｂ、出力端２５
ｃは端子２ｃ，３ａ、出力端２６ｃは、端子４ｃ，３ｂ
に接続されている。このように、本実施例では、６つの
出力端がすべて２つの端子に接続されている。そして、
モータ１に接続されている３つの出力端２１ｃ、２２
ｃ、２３ｃは、それぞれモータ２、３、４に接続されて
いる。このように、１つのモータに接続されている３つ
の接続点は、それぞれ他の３つのモータに１つずつ重複
して接続されている。そして、制御部（図示せず）が各
アーム２１〜２６のパワートランジスタのベース電圧を
制御して、各アームからの出力を制御する。

【００２０】このような構成において、パワートランジ
スタ２１ａ、２２ｂ、２３ｂをオンすることによって、
モータ１に第１相（ａ相）の電流を供給でき、パワート
ランジスタ２１ｂ、２２ａ、２３ｂをオンすることによ
ってモータ１に第２相（ｂ相）の電流を供給でき、パワ
ートランジスタ２１ｂ、２２ｂ、２３ａをオンすること
によって第３相（ｃ相）の電流を供給できる。そして、
出力端２１ｃ、２２ｃ、２３ｃは、それぞれ端子３ｃ、
４ａ、２ａにも接続されている。しかし、これらの端子
はすべて他の異なるモータ２、３、４の端子であり、こ
れらモータの他の端子はすべて、両側のパワートランジ
スタがオフの状態にある出力端２４ｃ、２５ｃ、２６ｃ
に接続されているため、これらモータ２、３、４のコイ
ルに電流が流れることはなく、電流の供給に問題は生じ
ない。

【００２１】そして、モータ２の駆動の際には、アーム
２３、２４、２５のオンオフを制御し、モータ３の駆動
の際には、アーム２５、２６、２１のオンオフを制御
し、モータ４の駆動の際には、アーム２２、２４、２６
のオンオフを制御する。そして、上述の場合と同様に、
それぞれのモータの駆動の際に他のモータが駆動されて
しまうことはない。

【００２２】このように、本実施例では、４つのモータ
を個別駆動するために、パワートランジスタが１２個で
よい。従来の装置では、６個のインバータ用のパワート
ランジスタと１２個の軸切り換え用のパワートランジス
タの合計１８個のパワートランジスタが必要となる。従
って、本実施例により、６個のパワートランジスタを節
約することができる。

【００２３】次に、本実施例の制御動作について図２に
基づいて説明する。図７に示したフローチャートと同様
に、割り出し指令を受けた時には、制御部はその割出し
指令の内容から、どの軸をどの位置にどれだけの速度で
位置決めすればよいのかを判断する（Ｓ３２）。次に、
制御対象とするモータのａ，ｂ，ｃ相にどのような電流
を供給すればよいかを判断する。すなわち、制御対象軸
のモータに対するインバータ１０の出力電圧パターン
（ａ，ｂ，ｃ相）を決定する（Ｓ３３）。

【００２４】次に、出力アームを制御対象のモータによ
って選択する（Ｓ３４）。そして、選択されたアームか
ら、Ｓ３２で得られた出力電圧パターンを得るべく、選
択されたアームのパワートランジスタのスイッチングを
制御する（Ｓ３５）。これによって、選択されたアーム
から所定の電圧が出力され、割り出し指令に基づいて制
御対象のモータが制御される。

【００２５】ここで、図３（Ａ）に図１の構成における
アーム２１、２２、２３、２４、２５、２６とモータ
１、２、３、４の各相（ａ，ｂ，ｃ相）の割り当てを示
す。このような割り当てによって、各モータを別個に駆
動できる。この割り当ての条件は、ある１つのモータで
使用する３つのアームの内の２つまたは３つが共に他の
１つモータで使用するアームに含まれてはならないとい
うことである。例えば、図３（Ｂ）に示すように、モー
タ１に割り当てられた２つのアーム２２、２３をモータ
２にも割り当てると、モータ１の駆動の際にモータ２に
も電流が流れ、余計なトルクがここに発生してしまう。

【００２６】なお、上記実施例では、４つのモータに対
して切り換えを行う例について説明したが、本発明はモ
ータが２、３の場合や５以上の場合にも同様に適用でき
る。図４に、従来例と、本発明においてモータの数別の
必要となるパワートランジスタの数について示す。この
ように、本発明によって、かなりのパワートランジスタ
数の節約ができ、特にモータ数が多くなるほど節約の効
果が大きいことが理解される。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
インバータのパワートランジスタ対の一部を複数のモー
タへの電流供給に共用したため、装置全体としてのパワ
ートランジスタの数を減少することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の回路を示す構成図である。

【図２】同実施例の制御動作を示すフローチャートであ
る。

【図３】モータへのアームの割り当て例を示す説明図で
ある。

【図４】モータ数別の必要となるパワートランジスタの
数を示す説明図である。

【図５】一般的なインバータ、モータの回路を示す構成
図である。

【図６】従来の軸切換え部つきインバータの構成を示す
図である。

【図７】図７の構成の動作を示すフローチャートであ
る。

【図８】モータ切り換え時の動作を示すタイミングチャ
ートである。

【符号の説明】

１〜４モータ２１〜２６アーム（パワートランジスタ対）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者榎本稔愛知県刈谷市朝日町１丁目１番地豊田工機株式会社内 (72)発明者伊藤浩行愛知県刈谷市朝日町１丁目１番地豊田工機株式会社内 (72)発明者高野操一郎愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地株式会社豊田自動織機内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも第１及び第２のモータに３相
交流電圧を印加し、これらモータの駆動を制御するモー
タ制御装置であって、直流電源から供給される直流電圧のプラスとマイナスの
間に直列接続されたパワートランジスタ対を５以上設け
たインバータと、このインバータにおける３つのパワートランジスタ対の
各パワートランジスタ間接続点を第１のモータの３つの
端子にそれぞれ接続する第１のモータ用接続手段と、インバータの上記３つのパワートランジスタ対以外の２
つのパワートランジスタ対の各パワートランジスタ間接
続点を第２のモータの２つの端子に接続すると共に、上
記第１のモータ用接続手段が接続されているいずれか１
つのパワートランジスタ接続点を第２のモータの他の１
つの端子に接続する第２のモータ用接続手段と、を有することを特徴とするモータ制御装置。