WO1987000705A1

WO1987000705A1 - Motor controller

Info

Publication number: WO1987000705A1
Application number: PCT/JP1986/000353
Authority: WO
Inventors: Isamu Yasunobu; Kenichi Ohara; Nobuho Shibata; Shigeo Neki
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 1985-07-16
Filing date: 1986-07-11
Publication date: 1987-01-29
Also published as: DE3690376C2; JPH067755B2; JPS6218990A; GB2193397A; GB2193397B; DE3690376T; US4761599A; GB8705922D0

Description

• 明細書

発明の名称

モータ制御装置

技術分野 .

5 本発明は、同期モータ式の A Cサ一ボモータなどに用いられるモータ制御装置に関するものである。

さらに詳しくは、加減速指令が一定レベル以上の加減信号であれば、その信号の大きさに逆転トルクを同期モータに与え、それ以外の信号であれば、その信号の大きさに応じた正転トル io クを同期モータに与え、速度指令に応じた速度で回転するよう正逆転制御するモータ制御装置の改良に関するものである。背景技術 ■

' 同期モータ式の A Cサ一ボモータ.の制御方式は、 '用途によ ]?

" 種々あるが、比較的精度を求められい分.野においては、矩形

15 波電流による制御方式が価格面から有利である。 - 第 5図は上述の A Cサ一ボモータの 1 例を示したものである。第 5図において、 1は永久磁石ロータ及び 3相の駆動巻線を備えた同期モータ、 2は同期モータ 1 に接続され、ロータ位置を検出するロータ位置センサ、 3は同期モータ 1 の回転方向、速度を検 20 出する口一タリ一エンコーダ、 4は逆変換回路で、同期モータ _; 1 の各駆動巻線への通電を切替えるパワートランジスタ ~

T r₆と、この各トランジスタ T 〜T _{r 6}に並列に接続されたダィオード D De とで構成している。 5は直流電源、 6は逆变換回路 4のトランジスタ Τ_{Γ 1}〜Τ r₆の通電を制御する制御部で、 25 下記のプロックで構成される。 · ^{6 1} はロータ位置センサ ² 、 P 回路 ^{6 2}、正逆判定回路 6 3の信号を受け、前記逆変換回路 4のどのトランジスタを ON するかの信号を出力する分配部、 6 2は後述す'る加減速指令に対応したパルス幅変調（以下 PWMとする）信号を出力する P WM回路、 6 3は後述する加減速指令よ同期モータ 1 のトルクを正転，逆転のいずれかの方向に発生させるかの信号を出力する正逆判定回路、 6 4は直流電源 5 のプラス側に接続された卜ランジスタ Τ_{Γ 1} ，Tr₂ ，T^r ₃のベース電流を制御するべ一スドライブ回路、 6 5は同様に直流電源 5のマイナス側に接続されたトランジスタ "1 1：₄ ，1₃： ₅ ，1¹ 3： ₆のべ一ス電流を制御するベースドライブ回路、 7は同期モータ 1 の駆動巻線に流れる電流を検出する電流検出回路、 8.は速度指令とロータリーェンコ —ダ 3の出力信号を^較増幅する速度アンプである。なお速度アンプ 8 の出力は電流検出回路 7 の出力と比較され、加減速指令として前記 PWM回路 6 2 、正逆判定回路 6 3に入力される。第 6図.は分配部 6 1の動作を表したもので、（a) ， (b) , (c)は口 —タ位置センサ 2から出力される 1 2O ⁰電気角位相のずれた位置信号、

(d)は正逆判定回路の出力で、「Higli」レベルは正転、「Low」レベルは逆転を表す。（e)は P WM回路 6 2の出力信号、（f)〜(k) はベースドライブ回路 6 4 ， 6 5へ出力する分配部 6 "! の出力信号を表してる。

- ϊ 以下前記構成の A Cサ―ボモータについてその動作を簡単に説明する。今、速度指令に対し実際の同期モータ 1 の回転速度が低い状態にある場合を考える。 . 速度指令と口 —タリ一エンコーダ 3の信号を比較増幅した速度アンプ 8の出力は加速する方向の出力と、同速度アンプ 8の出力と電流検出回路 7の出力と比較し、正逆判定回路 6 3 及び P WM回路 6 2に入力される加減速指令は、加速信号とる。従って、正逆判定回路 6 3の出力は正転を出力すると同時に、， P WM回路 6 2の P WM出力は O Nデューティ —が増加する方向に動き、その結果、同期モータ 1 の駆動巻線に流れ込む電流が増加し加速する。この加速は速度指令と口 —タリ —ェンコーダ 3の信号とがー致する（正確には定状偏差が残る）まで行われるため、最終的に同期モータ 1 の速度は速度指令の値になる。

また同期モータ 1 の速度が速度指令よ高い場合は、正逆判定回路ら 3の出力が逆転とな同期モ一タ 1 が減速す'ることは、，以上の説明かわかる。 . ，

第了図，第 8図は第 5図における制御部 6のみをピックアツプして示したもので、ベースドライブ信号を P WM変調するために従来行われてきた 2つの方式を表したものである。第 7図，第 8図におて、分配部 6 1 は、口 —ター位置センサ 2及び正逆判定回路 6 3の出力を受け、それに対応したベース信号を出力する分配回路 6 ¹ ' a と、 A N D回路 ^{6 1} b、又は A N D回路 6 1 b ， 6 1 c とで構成している。

第 9図，第 1 O図は第 7図の回路の動作を表したものである。第 9図において、（a)はトランジスタ T _r ， T r ₆力 SO Nで、他のトランジスタが O F Fの正転状態で同期モータ ¹ の駆動巻線の U相→W相に電流が流れている場合、 )は (a)の状態からトランジスタ Τ _{Γ 1} ，Tr₆が O F F した場合の動作を示している。 PWM 変調がかかった場合は第 9図 (a) (b)の動作をく返すことに ¾ る。第¹ O図は動作波形を示したもので、（d)は正逆判定回路 63 の出力、（e)は P WM回路 6 2の出力、（f) ，（g) ，（h)はべ—スドライブ回路 6 4の出力、（i) ，（】·），（k)はべ一スドライブ回路 6 5の出力、（1)は同期モータ 1 の駆動巻線の U相→W相に流れる電流波形を表している。お第 1 O図は第 6図の I及び Πの部分を抜きだしたと考えればよく、記号もそれぞれ対応させてある。

当方式は、 P WM変調時直流電源のプラス側及びマイナス側のトランジスタを共に O F Fするため、電流のリッブルが大きくな ]?、電磁音の発生という問題を生じる。このことは、低騷音を要求されるモータでは特に問題とるる。

第 1 1 図，第 1 2図はもうひ < つの方式である第 8=図の回路動作を表したものである ό 第 ¹'¹ 図において、（a)は正転状態で' 同期モータ 1 の U相→W相に電流が流れている場合、（b)は (a)の状態からトランジスタ Τ_{Γ 1}のみ O F F した場合の動作を表している。 P WM変調がかかつた場合は第 1 1 図 (a) (b)の動作をく j?返すことになる。

第 1 2図は、動作波形を示したもので、（d)は正逆判定回路 63 の出力、（e)は P WM回路 6 2の出力、（ί) ，（g) ，（h)はべ一スドラィブ回路 6 4の出力、（i) ，（]·) ，（k)はべ—スドライブ回路 6 5の出力、）は同期モータ 1 の駆動巻線 U相→W相に流れる電流波形を表している。なお、第 1 ²図は第⁶図の I及び Πの部分を抜きだして考えればよく、記号もそれぞれ対応させてある。当方式は、直流電流 5 のブラス側に接続されるトランジスタ（以 • 下 U P P E R トランジスタとする）のみ P WM変調をかけるため、正転時は同期モータ 1 に流れる電流のリップルが小さく ¾ i? 、電磁音の少い静か ¾モータが実現できる。しかしその反面、逆転時は、直流電源 5のブラス側のトランジスタを O F F 5 してもマイナス側のトランジスタ（以下 L OW E R トランジスタとする）を通じて、（モータの誘起電圧） — （コイルのインピ—ダンス）の電流が流れ続ける現象が発生する。従って誘起電圧が小さく、比較的コイルィンピ—ダンスの大きる小型モータの制御としては利用できるが、大型のモータでは P WMに関 1₀ 係く電流が発散してしまい使用できいものであった。

本発明は、従来方式の欠点を改善し、正転時の電磁音の低減、逆転時の電流の抑制を行うことを目的とするものである。

発明の開示

―― ― 本—発—明ば: F記—目 W¾¾成す.る'ため、同期モータの駆動巻線へ

15 の通電を制御する複数のスィツチ素子を備えた逆変換回路と、同期モータの加減速指令を出力する加減速指令回路と、加減速指令に応じてパルス幅変調信号を出力する P WM回路と、加減速指令によ ] 正逆転指令を出力する正逆判定回路と、ロータ位置センサの信号と正逆転指令によ ])前記逆変換回路のスィッチ

20 状態を決めるスィツチ信号を出力する分配回路と、前記分配回路と P WM回路の出力を入力とし、直流電源のマイナス（あるいはプラス）側に接続される前記逆変換回路のスィツチ素子の為の駆動信号を出力する第 1 の駆動回路と、前記分配回路と P WM回路と正逆判定回路の出力を入力とし、直流電源のブラ

25 ス（あるいはマイナス）側に接続される前記逆変換回路のスィ • ツチ素子の為の駆動信号を出力する第 2の論理回路を.設け、前記第 1 の論理回路は分配回路及び P W M回路の出力が共に O N 信号の時だけ所定のスィッチ素子を導通させ、前記第 2の論理回路は P W M回路の出力と分.配回路の出力が共に O N信号の時 5 か、あるいは正逆判定回路の出力が正転信号でかつ分配回路の出力が O N信号の時、所定のスィッチ素子を導通させるよう構成したものである。

本発明は上記構成によ、モータが正回転の状態では直流電源のブラス（もしくはマイナス）側に接続されるスィツチ素子 i o のみ P 変調をかけ、逆回転の状態ではプラス側及びマイナス側に接続されるスィツチ素子を共に P W M変調をかけることに ¾る。 . '

図面の簡単な説明 - .

m ¹"図は本発明の実施例におけるモ一 'タ制御装置の構成.図、

1 5 第 2図は第 1 図の各部の動作波形図、第 3図はよ具体的 ¾実施例の構成図、 4図は第 3図の動作波形図、第 5図は従来のモータ制御装置の構成図、第 6図は第 5図の動作波形図、第 7 図，第 8図は従来のモータ制御装置の制御部のみをピックアツプした図、第 9図は第 7図の動作を表した図、第 1 O図は第 7 0 図の動作波形図、第 1 1 図は第 8図の動作を表した図、第 1 2 図は第 8図の動作波形図である。

発明を実施するための最良の形態

以下本発明の一実施例について、図面を参照しながら説明す O o

5 第 ¹ 図は本発明の一実施例におけるモータ制御装置の構成を • 示すものである。

第 ¹ 図において、 ¹ は同期モータ、 ²はロータ位置センサ、 3は口一タリ —エンコーダ、 4は逆変換回路、 ⁵は直流電源、 6は制御部、 8は速度アンプで、以上は第 5図の構成と同じも

5 のである。

また 6 ¹ aはロータ位置センサ 2 と正逆判定回路 6 3の信号を受けベース駆動信号を出力する分配回路、 6 2は速度アンプ 8の出力である加減指令を受けそれに応じた P WM信号を出力する P WM回路、 6 3は前記加減速指令を受けそれに応じ正転

10 もしくは逆転信 ½を出力する正逆判定回路、 6 4 , 6 5は逆変換回路⁴のトラジスタ T_{r i} 〜Tr₆をドラィブするためのベ一スドライブ回路、 6 6は P WM回路 6 2、分配回路 6 1 aから . の信号を受けベースドライブ回路 6 4に出力を送る第 1 の論理 ' ' 回路、 6 7は P W'M回路 6 2、正逆判定回路 6 3および分配回 15 路 6 1 aからの信号を受けべ一スドイブ回路 6 5に信号を送る第 2の論理回路、 7は直流電源 5に流れる電流を検出する電流検出回路をそれぞれ表す。

以上のように構成されたモータ制御装置について、以下その動作について説明する。

20 まず速度指令が与えられると、その信号はロータリーェンコーダ 3の信号と比較し、速度アンプ 8で増幅され加減速指令として P WM回路 6 2、正逆判定回路 6 3に入力される。同加減速指令を受けた P WM回路 6 2はその信号の大きさに応じた P WM信号を出力する。同様に同加減速指令を受けた正逆判定 25 回路 6 3は、その信号がある一定レベル以上の減速信号であれ • ば逆転信号を、その他の信号であれば正転信号を出力する。分配回路 6 1 aはロータ位置センサ 2 の信号と正逆判定回路 6 3の信号を受け、同期モータ 1 に効率の良い正転トルクあるいは逆転トルクを発生させるよう逆変換回路 4を駆動するため 5 の、ベース駆動信号を出力する。

第 1 の論理回路 ⁶.6は、分配回路 6 1 aからの信号を P WM 回路 6 1 からの信号によ P WM変調してベースドライブ回路 6 4に出力する。

第 2の論理回路 6 7は正逆判定回路 6 3の信号が正転信号の0 時は第 1 の論理回路 6 6と同様、分配回路 6 1 aの信号を Pmi 回路 6 2の信号で P WM変調してベースドライブ回路 6 5に送るのであるが、同信号が逆転信号の時は、 P WM変調をかけず分配回路 6 1 aの信号をそのまま出力する。ベースドライ 'ブ回 ' 路 6 4 ,- 6 5は第 1 の論理回路 6 6、第 2 の論理回路 7 の信5 号を増幅し、逆変換回路⁴ のトランジスタ Τ_{Γ ι} 〜Τ r₆を駆動する

以上の動作によ、前記加減速指令が一定レベル以上の加減信号であれば、その信号の大きさに応じた逆転トルクを同期モ —タ 1 に与え、それ以外の信号であれば、その信号の大きさに0 応じた正転トルクを同期モータ 1 に与え結果的に同期モータ 1 は速度指令に応じた速度で回転するよう制御される。

同時に当モータ制御装置は、正逆判定回路 6 3の出力が正転信号、つま D同期モ一タ ¹ に正転トルクを与える場合は、

UP P E R トランジスタのみ P WM変調をかけ、逆転信号、つま5 同期モータ ¹ に逆転トルクを与える場合は、 U P P E R、 L OW E Rの両トランジスタを P WM変調かけることで、従来例で示した正転時の電磁音の問題逆転時の循環電流の問題を共に解決していることがわかる。

第 2図は、第 1 図の回路動作をわか ]9易くするため各部の信号波形を示したものである。第 2図において、（a) ，（b) , (c)は口 —タ位置センサ 2の出力信号、（d)は正逆判定回路 6 3の出力信号で「 High 」レベルは正転、「 Low J レベルは逆転を表す。

(e)は P WM回路 6 2の出力信号、（f) , (g) ，（h)はべ一スドライブ回路 6 4の出力信号、（i)， (j) ，（k)はべ一スドライブ回路 6 5の出力信号を表している。

以下、本発明のよ具体的実施例について、図面を参照し ¾ がら説明する。 . ' 第 3図は本一発明のよ具体的実施例を示したもので第 1 図におけ—る制御部⁶をピッァッ―ブじて表す。― -' —― ―

第 3図において、 6 1 aは分配回路、 6 2は ^回路、 63 は正逆判定回路、 ^{6 4} ， ^{6 5}はベースドライブ回路、 ^{6 6}は第 1 の論理回路、 6 7は第 2の論理回路で、以上は第 1 図の制御部 6内の構成と同じである。

第 1 の論理回路 6 6は、分配回路 6 ¹. a と P WM回路 6 2の出力を入力とする A N D回路で構成され、第 2の論理回路 6 7 は、正逆判定回路 6 3 と P WM回路 6 2の出力を入力する〇 R 回路と、同 O R回路'と分配回路 6 1 aの出力を入力とする AND 回路で構成される。 ·

第 4図は、第 3図の回路の動作波形を示したもので、同期モ ―タの U相— W相に電流が流れている状態で P WM変調がかか • つた場合（第 2図における I及び 1ίの状態）を表している。第 4図において、（d)は正逆判定回路 6 ³の出力信号、（e)は P W M 回路 6 2の出力信号、（ί) ，（g) ，（はべ一スドライブ回路 6 4の出力信号、（i) , (j) , (k)はベースドライブ回路^{6 5}の出力信号で、 5 以上第 2図の信号と同じである。また (1)は同期モータ ¹ の駆動巻線に流れる電流波形を示している。

動作については、前述の第 1 図の回路で説明したものとまつたぐ等価であるので省略する。

¾お本実施例は 3相全波駆動の同期モ一タの例を示してある t o 、これに限定され ¾いことはいうまでもない。

また本実施例は電流検出回路ァを含ま ¾い形で動作説明を行つてきたが、電流検出回路付加したモータ制御の場合同様の .効果が期待できる。·以上.電流検出回路マを付加した場合の例について第 1 図に基づいて説明を行う。 -

1 5 第 1 図において、 7は電流検出回路で、直流電源 5に流れる電流を検出し、その出力信号は P W M回路 6 2に接続されている。電流検出回路 7は直流電源 5に流れる電流があ一定値以下の場合は O N信号を、それ以上の場合は O F F信号を出力するよう動作する。 P W M回路 6 2は前記〇 F F信号が入力される 0 と、加減速指令に関係なくただちに〇 F F信号（つま D P W M 変調の O Nデューティ = 0の状態）を出力するよう構成する。これによ ])直流電源 5に流れる電流がある一定値を越えるとトランジスタが O F F し、それ以上電流が増えない回路が構成され Ο

25 なお当電流検出回路を付加しても、今まで説明をおこつてきた本発明の効果が期待できることは、説明するまでもい。また、本発明はマイクロコンピュータで構成することも可能である。

産業上の利用可能性

以上のように本発明によれば、正転時（正確には正転トルク発生時）は直流電源のプラス（あるいはマイナス）側に接続された逆変換回路のスィツチ素子のみ P W M変調をかけ、逆転時 (正確には逆転トルク発生時）は、プラス及びマイナス側の両スィツチ素子を P W M変調をかけるよう動作することによ、正転時は電流リップルが小さく電磁音の.発生の少い低騒音の運転ができ、また逆転時は循環電流による電流の発散を抑制した、安価 ¾モ—タ制御装置が供給できる。

Claims

. 請求の，範囲

1 . 口 —タ位置センサを具備した同期モ —タと、前記同期モータの駆動巻線への通電を切替える複数のスィツチ素子及びスィッチ素子に並列に接続されたダイオードよ ]?るる逆変換回路と、

5 前記逆変換回路に電源を供給する直流電源と、前記同期モータの加減速指令を出力する加減速指令回路と、前記加減速指令に応じパルス幅変調信号を出力する P W M回路と、前記加減速指令によ )正逆転指令を出力する正逆判定回路と、前記ロータ位置センサの信号と正逆転指令によ前記逆変換回路のスィツチ t o 状態を決めるスィツチ信号を出力する分配回路と、前記パルス幅変調信号と前記スィツチ信号.を入力とし、前記直流電源のマィナス（もしくはブラス）側に接続される前記スィツチ素子の駆動信号を出力する第 1 の論理回路と、前記パルス幅変調信号

-と前記タ'ィツチ信号と前記正逆転 ίϊ令を入力とし、前記直流電

1 5 源のプラス（もしくはマイナス）側に接続される前記スィツチ素子の駆動信号を出力する第 2の論理回路から成]) 、前記第 1 の論理回路は前記パルス幅変調信号及びスィッチ信号が共に ON 信号の時のみ前記スィツチ素子を導通させる駆動信号を出力し、前記第 2の論理回路は、前記パルス幅変調信号及び前記スィッ

20 チ信号が共に O N信号の時、あるは前記スィツチ信号が O N 信号でかつ前記正逆転指令が正転信号の時のみ前記スィツチ素子に駆動信号を送るよう構成したモータ制御装置。

2 . 請求の範囲第 1 項において、第 1 の論理回路は分配回路と P W M回路の出力を入力とする A N D回路で構成され、第 2の

25 論理回路は正逆判定回路と P W M回路の出力を入力とする O R • 回路と、この O R回路と前記分配回路の出力を入力とする AND 回路とで構成したモータ制御装置。

3 . 請求の範囲第 1 項において、逆変換回路のスィッチ素子はパワートランジスタで構成され、直流電源間に直列接続された 2個のトランジスタ対を複数組有し、各トランジスタ対の接続に駆動巻線を接続したモータ制御装置。

4 . ロータ位置センサを具備した同期モータと、前記同期モータの駆動巻線に印加する電圧を切替える複数のスィツチ素子及びスィッ'チ素子に並列に接続されたダイオードよ ]? る逆変換回路と、前記逆変換回路に電源を供給する直流電源と、前記同期モータの加減速指令を出力する加減速指令回路と、前記加減速指令に応じパルス幅変調信号を出力する P W M回路と、前記直流電源に流れる電源を検出し、所定値以下の場合は O Nを信号を、それ以上の場合は O F F信号を前記' P W M回路に出力 + る電流検出回路と、前記加減速指令によ ] 正逆転指令を出力する正逆判定回路と、前記ロータ位置センサの信号と正逆転指令によ ]9前記逆変換回路のスィツチ状態を決めるスィツチ信号を出力する分配回路と、前記パルス幅変調信号と前記スィツチ信号を入力とし、前記直流電源のマイナス（もしくはプラス）側に接続される前記スィツチ素子の駆動信号を出力する第 1 の論理回路と、前記パルス幅変調信号と前記スィッチ信号と前記正逆転指令を入力とし、前記直流電源のプラス（もしくはマイナス）側に接続される前記スィツチ素子の駆動信号を出力する第 2の論理回路から成 ] 、前記第 1 の論理回路は前記パルス幅変調信5 号及びスィツチ信号が共に O N信号の時のみ前記スィツチ素子を導通させる駆動信号を出力し、前記第 2の論理回路は、前記パルス幅変調信号及び前記スィツチ信号が共に O N信号の時、あるいは前記スィッチ信号が O N信号でかつ前記正逆転指令が正転信号の時のみ前記スィツチ素子に駆動信号を送るよう構成したモータ制御装置。