JPH1189279A - スイッチング周波数を変えることのてきるパルス幅変調 方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 この発明は、高速の立ち上がりを要求される
電動機等の駆動制御をパルス幅変調（ＰＷＭ）方式によ
って行おうとする場合に、瞬時最大電流を越えてはなら
ないという制約は満たしつつ、電流の過度の減少はなる
べく短時間にとどめようとすることに関するものであ
る。 【解決手段】 そのために、電機子電流が瞬時最大電流
を越えたときには、ただちにＰＷＭ駆動電流をオフにす
るとともにそれ以後はデューティ比は変えずにスイッチ
ング周波数を例えば４倍とか８倍のようにより高いもの
に変え、電機子電流の減少時間を減らして電流の実効値
の減少をより少なくし、高速の立ち上がりを継続させよ
うとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、直流電動機の出
力軸まわりの角度、角速度あるいはトルクなどについて
の駆動制御に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、直流電動機の駆動制御を電流のス
イッチングによって行う方式として、サイリスタ制御方
式やパルス幅変調方式が代表的であるが、とくにパルス
幅変調（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏ
ｎ，以下、ＰＷＭ）方式は応答性の良さで広く用いられ
ている。従来の駆動制御のためのＰＷＭ方式では、電動
機の電気的時定数によって充分平滑化される程度の周波
数を用い、その１周期の中で電流をオンにする時間とオ
フにする時間の比率（これをデューティ比、ｄｕｔｙ
ｒａｔｉｏという）を変えることで、直流的な実効値を
実現する。この場合、周波数（詳しくはスイッチング周
波数）は固定である。まれに可変周波数方式と呼ばれる
ものが用いられることがあるが、これは電流のオン時間
を一定にしておいて、１周期の時間を長くすればデュー
ティ比が小となり、短くすれば大となることを利するＰ
ＷＭの一方式であり、本方式でいう周波数を変えるとい
うこととは別ものである。さて、ロボットや数値制御工
作機械などいわゆるメカトロニクスの分野では、より高
速な位置決めのために、制御用電動機に対して、越えて
はならない瞬時最大電機子電流の範囲で、とくに位置決
めの立ち上がり時に定格電流の例えば３倍、４倍といっ
た電機子電流を与えて駆動するといったことがよく行わ
れる。このような定格外駆動においては、事前の周到な
実験によって、与えるべき電機子電流の限界値を見極め
ておくか、電流センサによって検出しながら対応すると
いったことを考えておかねばならない。メカトロニクス
に対してはより高速の応答が求められており、より厳し
い定格外駆動が要求されるようになると考えられ、立ち
上がり時の電機子のラッシュ電流が瞬時最大電流を越え
ることなく、しかも駆動の高速性を妨げないような方法
が望まれる。しかるに従来の固定周波数のＰＷＭにおい
ては、 もしラッシュ電流が瞬時最大電流を越えると判
断されるときに電流をオフにすると、その周期の残りの
時間中、電気的時定数による応答波形で駆動電流は減り
続け、再び電流がオンになるのは次の周期の初めの時間
まで待たなくてはならない。その間、電動機のトルクは
現象し、充分な加速がなされないことになる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明はその欠点を除
いて、瞬時最大電流の制約は満たしつつ、電流の過度の
減少はなるべく短時間にとどめ、瞬時最大電流のなるべ
く近くで電流を流し続けようとするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】その解決手段を図面を追
いながら説明する。図１はたとえば１周期を２５６μｓ
（周波数は３．９ｋＨｚ）とし、高速の立ち上がりを得
るために、デューティ比をほとんど１としたときの定格
外駆動の例図で、（ａ）はＰＷＭ駆動電流、（ｂ）は実
際に流れる電機子電流の波形である。（ｂ）で電流が瞬
時最大電流に達したとき（１）、ＰＷＭ駆動電流はオフ
にされ、電機子電流は減って行って、あらかじめ設定さ
れた次の周期の頭になってやっとまたオンになる。以後
も似たような経過をたどり、実際の電機子電流の実効値
はかなり下がり、立ち上がりの応答の加速もそのぶん鈍
ることになる。これを解決するために、図２（ｂ）に示
すように瞬時最大電流に達したとき（１）に、（ａ）に
示すように一旦、ＰＷＭ電流をオフにし、新たに周期を
例えば１／４にし、デューティ比は以前と同じままのＰ
ＷＭを再開する。このようにすると、（ｂ）に見るよう
に実際の電機子電流の減少時間は短縮され、電流の実効
値は増加し、応答の加速も改善される。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明は以上のような方式である
ので、これを実施するには、図３のようにする。ＰＷＭ
の基本の周波数となるＰＷＭ基本パルス（２）と、デュ
ーティ比を与えるためのデューティ比設定ビット（３）
（ここでは７ビットを例示してある）、および電動機の
回転の向き（正転と逆転）を与えるための向き設定ビッ
ト（４）（ここでは１ビットを例示してある）の３種の
信号が、スイッチング周波数設定部（５）に与えられ
る。このスイッチング周波数設定部（５）からは、回転
の向きおよびデューティ比に応じて変調されたＰＷＭ波
形が出力され、電動機に電流を流すための駆動回路（１
０）に入力される。スイッチング周波数設定部（５）の
実際の出力の種類は、駆動回路（１０）の形式による
が、ここでは正転信号（６）、逆転信号（７）、正転用
ＰＷＭ波形（８）、および逆転用ＰＷＭ波形（９）を例
示している。

【０００６】スイッチング周波数設定部（５）は、ラッ
チ、分周、カウンタ、コンパレータ、ゲートなどの回路
要素から構成することができる。デューティ比設定ビッ
ト（３）を一定のままにしておけば、従来の固定周波数
のＰＷＭとして機能する。

【０００７】

【発明の効果】したがって、メカトロニクス機器におい
て、立ち上がりの応答を高速にしたい場合に、電動機の
ラッシュ電流が瞬時最大電流を越えるのを防ぐ制御を行
う場合にも、電機子電流が減少する時間を短縮すること
によって加速が減少することをおさえ、安全かつ高速な
応答を確保する効果をもつ。

【０００８】

【図面の簡単な説明】

【図１】電機子電流が瞬時最大電流に達したあと、ＰＷ
Ｍのスイッチング周波数が固定のままでは電流の減少が
次の周期の頭まで続くことを示す図である。

【図２】電機子電流が瞬時最大電流に達したあと、本発
明によってＰＷＭの周波数を高くすると、電機子電流の
減少時間が減り、電機子電流の実効値が高くなることを
示す図である。

【図３】本発明を実現するための回路構成図の例を示す
図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】スイッチング周波数を必要に応じ変化させ
   る機能を持たせた、パルス幅変調方式。