(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータに永久磁石を有するモータと、前記ロータの互いに位相差がほぼ１２０度である三相の磁束を直接的にあるいは間接的に検出する磁束検出手段と、前記磁束検出手段の磁束量の位置領域を用いて演算し前記ロータの位置に変換する位置検出手段と、前記位置検出手段の検出位置を用いて前記モータを駆動する制御手段とを具備し、
前記位置検出手段は、前記磁束検出手段で検出した三相のそれぞれの磁束量の値の総和を演算する磁束総和演算手段と、
前記磁束検出手段で検出した三相のそれぞれの磁束量の値から前記磁束総和演算手段で演算した磁束量の値の総和の平均値を減算して三相のそれぞれの補正磁束値に補正する磁束中性点補正手段と、
前記磁束中性点補正手段で補正された各々の前記補正磁束値の振幅が小さい範囲を用いて前記ロータの位置に変換する位置変換手段とによって、高分解能のロータ位置に変換することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
位置検出手段は、前記磁束検出手段で検出した三相のそれぞれの磁束量の値の自乗の総和を演算する磁束自乗演算手段と、前記磁束検出手段で検出した三相のそれぞれの磁束量の値を前記磁束自乗演算手段で三相位置信号に補正する磁束写像手段と、
前記磁束写像手段で補正された各々の前記三相位置信号の振幅が小さい範囲を用いてロータの位置に変換する位置変換手段とを具備した請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項３】
磁束写像手段が、磁束検出手段で検出した三相のそれぞれの磁束量の値を磁束自乗演算手段の出力の平方根で除算して三相位置信号に補正することを特徴とする請求項２記載のモータ制御装置。
【請求項４】
磁束写像手段が、磁束検出手段で検出した三相のそれぞれの磁束量の値を自乗した値を磁束自乗演算手段の出力で除算して三相位置信号に補正することを特徴とする請求項２記載のモータ制御装置。
【請求項５】
位置検出手段は、磁束検出手段で検出した三相のそれぞれの磁束量の値の総和を演算する磁束総和演算手段と、
前記磁束検出手段で検出した三相のそれぞれの磁束量の値から前記磁束総和演算手段で演算した磁束量の値の総和の平均値を減算して三相のそれぞれの補正磁束値に補正する磁束中性点補正手段と、
前記磁束中性点補正手段で補正された補正磁束値の自乗の総和を演算する磁束自乗演算手段と、
前記磁束検出手段で検出した三相のそれぞれの磁束量の値を前記磁束自乗演算手段で三相位置信号に補正する磁束写像手段と、
前記磁束写像手段で補正された各々の前記三相位置信号の振幅が小さい範囲を用いてロータの位置に変換する位置変換手段とを具備することを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項６】
磁束写像手段で補正されたそれぞれの三相位置信号の振幅の半分以下の値からロータの位置に変換することを特徴とする請求項５記載のモータ制御装置。
【請求項７】
位置検出手段は、磁束検出手段で検出する少なくとも２つの相の磁束量から互いに位相差が９０度である２相の正弦波状の磁束信号に変換する二相変換手段と、
前記二相変換手段の各々の前記磁束信号の振幅が小さい範囲を用いてロータの位置に変換する位置変換手段とを具備することを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項８】
二相変換手段が、磁束検出手段で検出する任意の２つの相の磁束量の和と差から互いに位相差がほぼ９０度である２相の正弦波状の磁束信号に変換することを特徴とする請求項７記載のモータ制御装置。
【請求項９】
ロータに永久磁石を有するモータと、前記ロータの互いに位相差がほぼ９０度である二相の磁束を直接的にあるいは間接的に検出する磁束検出手段と、前記磁束検出手段の二相の磁束量の位置領域の振幅が小さい範囲を用いて演算し高分解能のロータ位置に変換する位置変換手段と、前記位置変換手段の検出位置を用いて前記モータを駆動する制御手段とを有することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項１０】
位置変換手段が、二相のそれぞれの磁束信号の値の自乗の和を演算する磁束信号自乗演算手段と、
二相のそれぞれの磁束信号の値を前記磁束信号自乗演算手段で二相位置信号に補正する磁束写像手段と、
前記磁束写像手段で補正された各々の前記二相位置信号の振幅が小さい範囲を用いてロータの位置に変換することを特徴とする請求項７あるいは請求項９記載のモータ制御装置。
【請求項１１】
磁束写像手段が、二相のそれぞれの磁束信号の値を磁束信号自乗演算手段の出力の平方根で除算して二相位置信号に補正することを特徴とする請求項１０記載のモータ制御装置。
【請求項１２】
磁束写像手段が、二相のそれぞれの磁束信号の値を自乗した値を磁束信号自乗演算手段の出力で除算して二相位置信号に補正することを特徴とする請求項１０記載のモータ制御装置。
【請求項１３】
磁束写像手段で補正されたそれぞれの二相位置信号の振幅に０．５の平方根を乗じた値以下の値からロータの位置に変換することを特徴とする請求項１０記載のモータ制御装置。
【請求項１４】
ロータに永久磁石を有するモータと、前記ロータの磁束を直接的にあるいは間接的に検出する磁束検出手段と、前記磁束検出手段の二相の磁束量の位置領域を用いて演算し前記ロータの位置に変換する位置変換手段と、前記位置変換手段の検出位置を用いて前記モータを駆動する制御手段とを具備し、
前記位置検出手段が、前記磁束検出手段で検出する磁束の周期をカウントする磁束カウント手段のカウント値と前記磁束検出手段の磁束量の振幅が小さい範囲を用いて高分解能のロータ位置に変換することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項１５】
磁束検出手段が、ロータの互いに位相差がほぼ１２０度である三相の磁束を直接的にあるいは間接的に検出する手段であって、
磁束カウント手段が、前記磁束検出手段で検出する少なくとも２つの相の磁束の周期からカウントすることを特徴とする請求項１４記載のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はモータの位置を検出するためにモータの磁束を検出する磁束検出器を具備する同期モータ等の磁石を有するモータを制御するモータ制御装置において、起動時から正弦波駆動を可能とし、さらに過渡時においても、常に正弦波駆動が可能とするモータ制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のモータを駆動するモータ制御装置について、以下に図面を参照しながら説明する。
【０００３】
同期モータを駆動するには、ブラシ付きの直流モータと異なり、モータの磁極の位置を検出し、磁極に応じてモータの巻線に流す電流や電圧を制御する必要がある。そのため、三相のモータを駆動する場合は、図１７に示すような磁極位置信号であるＣＳ信号を取り付け、三相のＣＳ信号であるＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３の論理により三相のｕ，ｖ，ｗ相にいわゆる１２０度通電の矩形波駆動するのが一般的である。
【０００４】
また、モータの振動が少なく高効率駆動が可能な正弦波駆動する際には、一定回転の場合は、例えば特開平１０−２０１２８４号公報のように、磁極信号の論理の変化点の間隔をタイマーで測定し、そのタイマーの値により分割して正弦波駆動を実現するか、別にエンコーダ等の精度の良い位置検出器を取り付け、図１８に示すように三相のＣＳ信号の論理の変化点からのエンコーダ等の位置検出器の位置情報を併用して三相のｕ，ｖ，ｗ相にいわゆる１８０度通電の正弦波駆動を実現していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の磁極位置信号のみでは矩形波駆動しか実現できず、正弦波駆動を具現化するにはエンコーダ等の位置検出器を別途取り付けなければならず、大きさの面でも、コストの面でも不利となるといった問題点を有していた。
【０００６】
また、タイマーで分割する場合は、過渡応答時や速度変化の大きい場合には対応できず、正弦波が連続でないといった問題点を有していた。
【０００７】
さらに、エンコーダを取り付けた場合でも、電源を投入後の起動時には、磁極位置信号の論理が変化するまでは、絶対位置が検出できないため正弦波で駆動することができず矩形波で駆動せざるをえないといった問題点を有していた。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために本発明のモータ制御装置は、ロータに永久磁石を有するモータと、前記ロータの互いに位相差がほぼ１２０度である三相の磁束を直接的にあるいは間接的に検出する磁束検出手段と、前記磁束検出手段の位置領域を用いて演算して高分解能のロータ位置に変換する位置検出手段と、前記位置検出手段の検出位置を用いて前記モータを正弦波駆動する制御手段とを具備するものである。また、ロータに永久磁石を有するモータと、前記ロータの互いに位相差がほぼ９０度である二相の磁束を直接的にあるいは間接的に検出する磁束検出手段と、前記磁束検出手段の二相の磁束量位置領域を用いて演算して高分解能のロータ位置に変換する位置変換手段と、前記位置変換手段の検出位置を用いて前記モータを駆動する制御手段とを具備するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下本発明の一実施例のモータ制御装置について、図面を参照しながら説明する。
【００１０】
図１は本発明の第１の実施例におけるモータ制御装置の構成を示す全体図である。
【００１１】
図１において、１００はモータ、１０２は磁束検出器、１０４はＰＷＭ制御器、１０６は速度制御器、１０８は微分器、１１０は位置信号変換器である。
【００１２】
図２は磁束検出器１０２の出力である磁束信号の一例を示す説明図である。
【００１３】
図３は磁束検出器１０２の出力である磁束信号とモータ駆動波形の一例を示す説明図である。
【００１４】
図４は磁束検出器１０２の出力である磁束信号の他の一例を示す説明図である。
【００１５】
以上のように構成されたモータ制御装置について、以下図１、図２、図３、図４を用いてその動作を説明する。
【００１６】
モータ１００にモータの磁束を検出する磁束検出器１０２が取り付けられている。本実施例では説明の都合上、モータ１００は三相の同期モータであるとする。磁束検出器１０２は図２に示すように、モータの磁石が発生する磁束を検出して、それぞれの位相差が約１２０度の正弦波状の磁極信号ＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３を出力する。
【００１７】
この磁極検出器は、従来のモータ制御装置と同様に、三相モータの線間の誘起電圧と位相が合うようにモータの固定子巻線に固定されている。そのため、従来のモータ制御装置の矩形波駆動では、比較器等により図１７のようなパルス状の信号を生成し、信号の論理によって矩形波を生成していた。
【００１８】
本発明では、これらのＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３の正弦波信号を、位置信号変換器１１０に入力しモータの位置を検出する。
【００１９】
この位置信号変換器１１０の動作は、例えばＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３の磁極信号のアナログ値をマイコンのＡ／Ｄ変換器で取り込み、マイコン内で逆三角関数演算等で求めればよい。
【００２０】
ここで、逆三角関数演算は、ＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３の磁極信号のいずれかで演算してもよいが、図２からも分かるように、演算精度がよい各磁極信号が交わる振幅の半分以下の領域を使う方がよい。即ち、振幅の半分のしきい値で磁極信号を切り替えて演算し、磁極信号の符号を用いて磁極信号１周期の位置に換算すればよい。
【００２１】
そして、この位置信号変換器１１０の位置情報から、図３に示すような三相のｕ，ｖ，ｗ相に正弦波駆動が可能となる。このｕ，ｖ，ｗ相の電流波形は各相の誘起電圧と位相を合わせればよいが、磁極信号が線間の誘起電圧と合わせているため、この磁極信号とｕ，ｖ，ｗ相の位相を３０度ずらせばよい。なお、電圧駆動する場合は、電流の位相が合うように、モータ速度や負荷に応じて、位相を進ませればよい。
【００２２】
さらに、この位置信号を微分器１０８によりモータの速度に変換される。速度制御器１０６はこの検出された速度が速度指令値に追従するように、例えば公知のＰＩ制御等で制御すればよく、そのための制御指令をＰＷＭ制御器１０４に出力する。なお、ここでは、速度制御の例について説明したが、公知の位置制御やトルク制御でも同様に制御可能である。
【００２３】
そして、ＰＷＭ制御器１０４は、指令された制御指令を発生するようにモータ１００へ公知のＰＷＭ制御する。なお、ＰＷＭ制御でなくても、パワーオペアンプのようなリニア駆動でも構わない。
【００２４】
以上の構成により、磁束検出器のアナログ量の磁束量を検出することにより、電源投入時の起動時から磁極位置を把握することができるため、起動時から正弦波駆動を行うことが容易に実現できる。また、過渡応答時等の速度の変化が大きい場合でもエンコーダ等の位置検出器を設けなくても正弦波駆動が安価にかつ容易に実現できる。
【００２５】
なお、本実施例では説明の都合上、回転型の三相の同期モータで説明したが、二相のモータなど多相の同期モータやステッピングモータでも、直線型のリニアモータでも同様な手法で実現できる。
【００２６】
また、本実施例から明らかなように、モータの相数と磁束検出器の数を合わせる必要はなく、例えば図４に示すような、位相差が９０度の正弦波を出力する二相の磁束検出器や、多相の磁束検出器でも構わないという効果も有する。二相の場合、逆三角関数演算は、図４に示すＣＳ１，ＣＳ２の磁極信号のいずれかで演算してもよいが、ここでも、演算精度がよい各磁極信号が交わる振幅に０．５の平方根を乗じた値以下の領域を使う方がよい。即ち、振幅に０．５の平方根を乗じた値をしきい値として磁極信号を切り替えて演算すればよい。
【００２７】
さらに、本実施例から明らかなように、モータの磁束を直接検出しなくても、磁束が発生する周期と同じ周期の正弦波を出力する、例えば、センサマグネットとＭＲセンサ等の検出器でもよい。
【００２８】
次に、第１の実施例では、磁束検出器のＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３の磁極信号が理想的な正弦波に近い場合には有効であるが、磁極信号にオフセットがある場合や３次の高調波成分等が加わっている場合には、位置の検出精度が著しく劣化するといった問題点があった。
【００２９】
そこで、本発明の第２の実施例として、磁束検出器がＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３の三相の磁極信号検出するモータ制御装置において、簡便にオフセットや３次の高調波成分の影響を補正することを可能とするモータ制御装置を提供する。
【００３０】
以下本発明の第２の実施例のモータ制御装置について、図面を参照しながら説明する。
【００３１】
図５は本発明の第２の実施例におけるモータ制御装置の構成を示す全体図である。
【００３２】
図５において、１００はモータ、１０２は磁束検出器、１０４はＰＷＭ制御器、１０６は速度制御器、１０８は微分器、１１０は位置信号変換器、２００は中性点補正器である。
【００３３】
図６は磁束検出器１０２の出力である磁束信号の一例を示す説明図である。
【００３４】
図７は磁束検出器１０２の出力である磁束信号の他の一例を示す説明図である。
【００３５】
以上のように構成されたモータ制御装置について、以下、図５、図６、図７を用いてその動作を説明する。
【００３６】
第１の実施例と同様にモータ１００にモータの磁束を検出する磁束検出器１０２が取り付けられている。磁束検出器１０２はモータの磁石が発生する磁束を検出して、それぞれの位相差が約１２０度の正弦波状の三相の磁極信号ＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３を出力するが、実際の波形は、図６に示すように三相の磁極信号に同じようにオフセットがあったり、図７に示すような３次の高調波成分を含んだ歪んだ波形となる場合が多い。
【００３７】
このような磁極信号を補正する本発明の中性点補正器２００の動作について詳細に説明する。
【００３８】
磁極信号ＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３のそれぞれの理想的な信号ＣＳ１ｒ，ＣＳ２ｒ，ＣＳ３ｒは磁極信号の角度θと振幅Ａを用いて次のように表される。
【００３９】
【数１】
0003690338.tif 000002
【００４０】
【数２】
0003690338.tif 000003
【００４１】
【数３】
0003690338.tif 000004
【００４２】
この時、３つの信号の和は、
【００４３】
【数４】
0003690338.tif 000005
【００４４】
となり０となる。
【００４５】
一方、実際の磁極信号ＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３にオフセットｏｆｆｓｅｔや振幅がＢの３次の高調波成分が加わった次式で表されるとする。
【００４６】
【数５】
0003690338.tif 000006
【００４７】
【数６】
0003690338.tif 000007
【００４８】
【数７】
0003690338.tif 000008
【００４９】
この時、３つの信号の和を３で割った値、つまり平均値ＣＳａｖｅは、
【００５０】
【数８】
0003690338.tif 000009
【００５１】
となる。そこで、この総和の平均値を測定した磁極信号から減算することで、理想的な磁極信号に変換することができる。
【００５２】
つまり、この中性点補正器２００の動作は、三相の磁極信号の総和を求め、平均値を各々の磁極信号から減算することで、オフセットや３次の高調波成分を取り除くことができる。
【００５３】
なお、平均値を求めずに、三相の磁極信号から直接、
【００５４】
【数９】
0003690338.tif 000010
【００５５】
【数１０】
0003690338.tif 000011
【００５６】
【数１１】
0003690338.tif 000012
【００５７】
としても全く同じである。
【００５８】
そして、第１の実施例と同様に、位置信号変換器１１０に入力され、補正されたＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３の磁極信号から逆三角関数演算等で求めればよい。
【００５９】
さらに、この位置信号を微分器１０８によりモータの速度に変換され、速度制御器１０６はこの検出された速度が速度指令値に追従するように、例えば公知のＰＩ制御等で制御すればよく、そのための制御指令をＰＷＭ制御器１０４に出力し制御する。なお、ここでも、速度制御の例について説明したが、公知の位置制御やトルク制御でも同様に制御可能である。
【００６０】
以上の構成により、磁束検出器で検出した三相の磁極信号に同じようにオフセットがあったり、３次の高調波成分を含んだ歪んだ波形であっても、容易に補正が可能となり、起動時や過渡応答時等の速度の変化が大きい場合でもエンコーダ等の位置検出器を設けなくても正弦波駆動が安価にかつ容易に実現できる。
【００６１】
なお、本実施例から明らかなように、オフセットと高調波成分を両方含んでいても、容易に補正可能であることは言うまでもない。
【００６２】
また、本実施例でも説明の都合上、回転型の三相同期モータで説明したが、二相のモータなど多相の同期モータやステッピングモータでも、直線型のリニアモータでも同様な手法で実現できる。
【００６３】
さらに、本実施例でも、モータの磁束を直接検出しなくても、磁束が発生する周期と同じ周期の正弦波を出力する例えば、センサマグネットとＭＲセンサ等の検出器でもよい。
【００６４】
次に、第２の実施例では、磁束検出器で検出した三相の磁極信号に同じようにオフセットがあったり、３次の高調波成分を含んだ歪んだ波形の場合は容易に補正できるものの、磁極信号の１つにオフセットや高次の高調波成分があったり、三相の磁極信号の振幅が異なったり、三相の磁極信号の位相差が１２０度からずれた場合等には、これらの影響を小さくすることはできるものの、十分な補正が不可能であるといった問題点を有していた。
【００６５】
そこで、本発明の第３の実施例として、理想的な正弦波からずれた場合でも、ずれの影響を抑え、位置の検出値の単調増加性を保証することを可能とするモータ制御装置を提供する。
【００６６】
以下本発明の第３の実施例のモータ制御装置について、図面を参照しながら説明する。
【００６７】
図８は本発明の第３の実施例におけるモータ制御装置の構成を示す全体図である。
【００６８】
図８において、１００はモータ、１０２は磁束検出器、１０４はＰＷＭ制御器、１０６は速度制御器、１０８は微分器、１１０は位置信号変換器、３００は磁束写像器である。
【００６９】
図９は磁束検出器１０２の出力である磁束信号の一例を示す説明図である。
【００７０】
図１０は磁束写像器３００で補正した磁束信号の一例を示す説明図である。
【００７１】
図１１は位置信号変換器１１０の出力である位置信号の一例を示す説明図である。
【００７２】
以上のように構成されたモータ制御装置について、以下、図８、図９、図１０、図１１を用いてその動作を説明する。
【００７３】
第１及び第２の実施例と同様にモータ１００にモータの磁束を検出する磁束検出器１０２が取り付けられている。磁束検出器１０２はモータの磁石が発生する磁束を検出して、それぞれの位相差が約１２０度の正弦波状の三相の磁極信号ＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３を出力するが、実際の波形は、図９に示すように三相の磁極信号にオフセットがあったり、高調波成分を含んだ歪んだ波形であったり、各々の振幅が異なる場合がある。
【００７４】
このような磁極信号の歪みの影響を補正する本発明の磁束写像器３００の動作について詳細に説明する。
【００７５】
磁極信号ＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３のそれぞれの理想的な信号ＣＳ１ｒ，ＣＳ２ｒ，ＣＳ３ｒは、第２の実施例と同様に、（数１）、（数２）、（数３）で表される。これらの３つの信号の自乗和ＣＳｇａｉｎは、
【００７６】
【数１２】
0003690338.tif 000013
【００７７】
となり、振幅Ａの自乗の１．５倍となる。
【００７８】
一方、実際の磁極信号ＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３のそれぞれの振幅Ａ１，Ａ２，Ａ３が変動したり、オフセットや高調波成分等のずれ量ｏｆｆｓｅｔ１，ｏｆｆｓｅｔ２，ｏｆｆｓｅｔ３や位相のずれθ１，θ２，θ３が加わった次式で表されるとする。
【００７９】
【数１３】
0003690338.tif 000014
【００８０】
【数１４】
0003690338.tif 000015
【００８１】
【数１５】
0003690338.tif 000016
【００８２】
そこで、それぞれの３つの磁極信号を、３つの信号の自乗和ＣＳｇａｉｎ信号の平方根で割った値とすることで、図１０のような、三相の振幅が一定の磁極信号に補正することができる。
【００８３】
つまり、この磁束写像器３００の動作は、三相の磁極信号の自乗和を求め、各々の磁極信号をこの自乗和の平方根で除算することで、三相の磁極信号の自乗和が一定となるように写像することで、源信号の歪みを補正することができる。なお、源波形の振幅と合わせる必要はなく、補正後の振幅は任意の値に設定すればよい。
【００８４】
そして、第１や第２の実施例と同様に、位置信号変換器１１０に入力し、補正されたＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３の磁極信号値から、モータの位置を逆三角関数演算等で求めればよい。
【００８５】
ここで、逆三角関数演算は、補正されたＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３の磁極信号のいずれかで演算してもよいが、演算精度がよい補正された磁極信号が交わる振幅の半分以下の領域を使う方がよい。即ち、振幅の半分のしきい値で磁極信号を切り替えて演算し、磁極信号の符号を用いて磁極信号１周期の位置に換算すればよい。
【００８６】
この演算精度がよい各磁極信号が交わる振幅の半分以下の領域を使う場合に、補正された振幅の半分のしきい値で磁極信号を切り替えて演算しても、図１０に示したように、第２の実施例の中性点補正器２００と併用し、磁束写像器３００の歪み補正により、切替時でも単調増加性は保証される。このため、逆三角関数演算をテーブルで行う場合、テーブルの量を少なくできるという効果がある。
【００８７】
磁束写像器３００で写像された図１０の信号から、位置信号に変換した結果を図１１に示す。このように、源信号に歪みがある場合でも、歪みの影響を抑えて、誤差の小さな位置信号を得ることができる。
【００８８】
さらに、この位置信号を微分器１０８によりモータの速度に変換され、速度制御器１０６はこの検出された速度が速度指令値に追従するように、例えば公知のＰＩ制御等で制御すればよく、そのための制御指令をＰＷＭ制御器１０４に出力し制御する。なお、ここでも、速度制御の例について説明したが、公知の位置制御やトルク制御でも同様に制御可能である。
【００８９】
以上の構成により、磁束検出器で検出した三相の磁極信号が理想的な正弦波からずれた場合でも、ずれの影響を抑え、位置の検出値の単調増加性を保証することが可能となり、起動時や過渡応答時等の速度の変化が大きい場合でもエンコーダ等の位置検出器を設けなくても正弦波駆動が安価にかつ容易に実現できる。
【００９０】
なお、本実施例では、三相の磁極信号の自乗和を求め、各々の磁極信号をこの自乗和の平方根で除算し、逆三角関数演算等でモータ位置を求めたが、各々の磁極信号のそれぞれの自乗も三角関数となるため、各々の磁極信号のそれぞれの自乗を三相の磁極信号の自乗和で除算し、逆三角関数演算等でモータ位置を求めてもよい。
【００９１】
また、本実施例でも説明の都合上、回転型の三相同期モータで説明したが、二相のモータなど多相の同期モータやステッピングモータでも、直線型のリニアモータでも同様な手法で実現できる。
【００９２】
さらに、本実施例でも、モータの磁束を直接検出しなくても、磁束が発生する周期と同じ周期の正弦波を出力する例えば、センサマグネットとＭＲセンサ等の検出器でもよい。
【００９３】
次に、第２、第３の実施例では、磁束検出器で検出した三相の磁極信号が理想的な正弦波からずれた場合でも正弦波駆動を可能としたが、三相の磁極信号から位置情報に変換しているため、三相の磁極信号をほぼ同時に検出する必要があり、磁束検出器が３つ必要となり、マイコン等で実現する場合にもＡ／Ｄ変換器が３つ必要となるといった問題点があった。
【００９４】
そこで、本発明の第４の実施例として、三相の磁極信号のうちの任意の二相の磁極信号をほぼ同時に検出するだけで、正弦波駆動を可能とするモータ制御装置を提供する。
【００９５】
以下本発明の第４の実施例のモータ制御装置について、図面を参照しながら説明する。
【００９６】
図１２は本発明の第４の実施例におけるモータ制御装置の構成を示す全体図である。
【００９７】
図１２において、１００はモータ、１０２は磁束検出器、１０４はＰＷＭ制御器、１０６は速度制御器、１０８は微分器、４００は二相変換器、４０２は位置信号変換器である。
【００９８】
以上のように構成されたモータ制御装置について、以下、図１２を用いてその動作を説明する。
【００９９】
第１及び第２及び第３の実施例と同様にモータ１００にモータの磁束を検出する磁束検出器１０２が取り付けられている。磁束検出器１０２はモータの磁石が発生する磁束を検出して、それぞれの位相差が約１２０度の正弦波状の三相の磁極信号ＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３のうちの任意の２つを出力する。
【０１００】
このような任意の２つの磁極信号のみを検出する場合の本発明の二相変換器４００の動作について詳細に説明する。
【０１０１】
磁極信号ＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３は、位相差が約１２０度の正弦波状の波形であるが、次の三相／二相変換を行うと、位相差が９０度の二相ＣＳａ，ＣＳｂの正弦波状の波形に変換される。
【０１０２】
【数１６】
0003690338.tif 000017
【０１０３】
ここで、Ｋは任意の定数である。
【０１０４】
一方、第１の実施例でも説明したように、磁極信号ＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３の総和は０であるため、（数１６）の任意の２つの磁極信号が検出できれば、三相／二相変換は実現可能である。
【０１０５】
したがって、二相変換器４００により、三相の磁極信号のうちの任意の２つのアナログ値をマイコンのＡ／Ｄ変換器で取り込み、位相差が９０度の二相の正弦波状の磁極信号ＣＳａ，ＣＳｂに変換される。
【０１０６】
なお、磁極信号ＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３が理想の正弦波に近い場合は、任意の２つの磁極信号が検出できれば差がないが、理想の正弦波からの誤差が大きい場合は（数１６）を変形して、ＣＳ２，ＣＳ３を用いて、
【０１０７】
【数１７】
0003690338.tif 000018
【０１０８】
と、２つの信号の和と差を用いる方がずれの影響を分散することができてよい。
【０１０９】
そして、位置信号変換器４０２に入力され、変換されたＣＳａ，ＣＳｂの磁極信号からマイコン内で逆三角関数演算等で求めればよい。二相の場合、逆三角関数演算は、ＣＳａ，ＣＳｂの磁極信号のいずれかで演算してもよいが、ここでも、演算精度がよい各磁極信号が交わる振幅に０．５の平方根を乗じた値以下の領域を使う方がよい。即ち、振幅に０．５の平方根を乗じた値をしきい値として変換されたＣＳａ，ＣＳｂの磁極信号を切り替えて演算し、変換されたＣＳａ，ＣＳｂの符号を用いて磁極信号１周期の位置に換算すればよい。このため、逆三角関数演算をテーブルで行う場合、テーブルの量を少なくできるという効果がある。
【０１１０】
さらに、第１の実施例と同様に、この位置信号を微分器１０８によりモータの速度に変換され、速度制御器１０６はこの検出された速度が速度指令値に追従するように、例えば公知のＰＩ制御等で制御すればよく、そのための制御指令をＰＷＭ制御器１０４に出力し制御する。なお、ここでも、速度制御の例について説明したが、公知の位置制御やトルク制御でも同様に制御可能である。
【０１１１】
以上の構成により、三相の磁極信号のうちの任意の２つの磁極信号を検出しても、位置検出が可能となり、起動時や過渡応答時等の速度の変化が大きい場合でもエンコーダ等の位置検出器を設けなくても正弦波駆動が安価にかつ容易に実現できる。
【０１１２】
なお、本実施例でも説明の都合上、回転型の三相同期モータで説明したが、二相のモータなど多相の同期モータやステッピングモータでも、直線型のリニアモータでも同様な手法で実現できる。
【０１１３】
また、本実施例でも、モータの磁束を直接検出しなくても、磁束が発生する周期と同じ周期の正弦波を出力する例えば、センサマグネットとＭＲセンサ等の検出器でもよい。
【０１１４】
次に、第４の実施例では、三相の磁極信号のうちの任意の２つの磁極信号を検出しても位置検出が可能となったが、磁極信号にオフセットや高次の高調波成分があったり、三相の磁極信号の振幅が異なったり、三相の磁極信号の位相差が１２０度からずれた場合等には、位置検出に誤差が生ずるといった問題点を有していた。
【０１１５】
そこで、本発明の第５の実施例として、理想的な正弦波からずれた場合でも、ずれの影響を抑え、三相の磁極信号のうちの任意の２つの信号でも位置の検出値の単調増加性を保証することを可能とするモータ制御装置を提供する。
【０１１６】
以下本発明の第５の実施例のモータ制御装置について、図面を参照しながら説明する。
【０１１７】
図１３は本発明の第５の実施例におけるモータ制御装置の構成を示す全体図である。
【０１１８】
図１３において、１００はモータ、１０２は磁束検出器、１０４はＰＷＭ制御器、１０６は速度制御器、１０８は微分器、４００は二相変換器、４０２は位置信号変換器、５００は磁束写像器である。
【０１１９】
図１４は磁束写像器５００で補正した磁束信号の一例を示す説明図である。
【０１２０】
図１５は位置信号変換器４０２の出力である位置信号の一例を示す説明図である。
【０１２１】
以上のように構成されたモータ制御装置について、以下、図９、図１３、図１４、図１５を用いてその動作を説明する。
【０１２２】
第４の実施例と同様にモータ１００にモータの磁束を検出する磁束検出器１０２が取り付けられている。磁束検出器１０２はモータの磁石が発生する磁束を検出して、それぞれの位相差が約１２０度の正弦波状の三相の磁極信号ＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３を出力するが、実際の波形は、第３の実施例と同様に図９に示すように三相の磁極信号にオフセットがあったり、高調波成分を含んだ歪んだ波形であるとする。
【０１２３】
この時、第４の実施例と同様にこの三相の磁極信号ＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３の任意の２つの磁極信号を、二相変換器４００により、位相差が９０度の二相ＣＳａ，ＣＳｂの正弦波状の波形に変換するが、三相の磁極信号の歪みの影響で、二相のＣＳａ，ＣＳｂの信号も歪む。
【０１２４】
このような磁極信号の歪みの影響を補正する本発明の磁束写像器５００の動作について詳細に説明する。
【０１２５】
二相のそれぞれの理想的な信号ＣＳａｒ，ＣＳｂｒは、磁極信号の角度θと振幅Ａを用いて次のように表される。
【０１２６】
【数１８】
0003690338.tif 000019
【０１２７】
【数１９】
0003690338.tif 000020
【０１２８】
これらの２つの信号の自乗和ＣＳｇａｉｎは、
【０１２９】
【数２０】
0003690338.tif 000021
【０１３０】
となり、振幅Ａの自乗となる。
【０１３１】
一方、実際の磁極信号ＣＳａ，ＣＳｂはそれぞれの振幅が変動したり、オフセットや高調波成分等のずれ量や位相のずれが加わるが、それぞれの磁極信号を、自乗和ＣＳｇａｉｎ信号の平方根で割った値とすることで、図１４のような、二相の振幅が一定の磁極信号に補正することができる。
【０１３２】
つまり、この磁束写像器５００の動作は、二相の磁極信号の自乗和を求め、各々の磁極信号をこの自乗和の平方根で除算することで、二相の磁極信号の自乗和が一定となるように写像することで、源信号の歪みを補正することができる。なお、源波形の振幅と合わせる必要はなく、補正後の振幅は任意の値に設定すればよい。
【０１３３】
そして、位置信号変換器４０２に入力され、補正されたＣＳａ，ＣＳｂの磁極信号からマイコン内で逆三角関数演算等で求めればよい。二相の場合、逆三角関数演算は、ＣＳａ，ＣＳｂの磁極信号のいずれかで演算してもよいが、ここでも、演算精度がよい各磁極信号が交わる振幅に０．５の平方根を乗じた値以下の領域を使う方がよい。即ち、振幅に０．５の平方根を乗じた値をしきい値として変換されたＣＳａ，ＣＳｂの磁極信号を切り替えて演算し、変換されたＣＳａ，ＣＳｂの符号を用いて磁極信号１周期の位置に換算すればよい。このため、逆三角関数演算をテーブルで行う場合、テーブルの量を少なくできるという効果がある。
【０１３４】
この演算精度がよい各磁極信号が交わる振幅に０．５の平方根を乗じた値以下の領域を使う場合に、図１４のように、補正された振幅に０．５の平方根を乗じた値のしきい値で磁極信号を切り替えて演算しても、磁束写像器５００の歪み補正により、切替時でも単調増加性は保証されるという効果がある。
【０１３５】
磁束写像器５００で写像された図１４の信号から、位置信号に変換した結果を図１５に示す。このように、源信号に歪みがある場合でも、歪みの影響を抑えて、誤差の小さな位置信号を得ることができる。
【０１３６】
さらに、この位置信号を微分器１０８によりモータの速度に変換され、速度制御器１０６はこの検出された速度が速度指令値に追従するように、例えば公知のＰＩ制御等で制御すればよく、そのための制御指令をＰＷＭ制御器１０４に出力し制御する。なお、ここでも、速度制御の例について説明したが、公知の位置制御やトルク制御でも同様に制御可能である。
【０１３７】
以上の構成により、理想的な正弦波からずれた三相の磁極信号のうちの任意の２つの磁極信号を検出して用いた場合でも、ずれの影響を抑え、位置の検出値の単調増加性を保証することが可能となり、起動時や過渡応答時等の速度の変化が大きい場合でもエンコーダ等の位置検出器を設けなくても正弦波駆動が安価にかつ容易に実現できる。
【０１３８】
なお、本実施例では、二相の磁極信号の自乗和を求め、各々の磁極信号をこの自乗和の平方根で除算し、逆三角関数演算等でモータ位置を求めたが、各々の磁極信号のそれぞれの自乗も三角関数となるため、各々の磁極信号のそれぞれの自乗を二相の磁極信号の自乗和で除算し、逆三角関数演算等でモータ位置を求めればよい。
【０１３９】
また、第１の実施例でも説明したように、モータの相数と磁束検出器の数を合わせる必要がないため、三相のモータであっても、予め位相差が９０度の正弦波を出力する二相の磁束検出器とすることも可能である。この場合も、本実施例の磁束写像器５００により、同様な効果が得られることは、本発明の構成上、明らかである。
【０１４０】
さらに、本実施例でも説明の都合上、回転型の三相同期モータで説明したが、二相のモータなど多相の同期モータやステッピングモータでも、直線型のリニアモータでも同様な手法で実現できる。
【０１４１】
そして、本実施例でも、モータの磁束を直接検出しなくても、磁束が発生する周期と同じ周期の正弦波を出力する例えば、センサマグネットとＭＲセンサ等の検出器でもよい。
【０１４２】
次に、これまでの実施例では、磁極信号から磁極信号の周期内の位置検出が可能となったが、モータを高速で回し、磁極信号検出の時間間隔が十分小さくとれない場合には、位置検出が磁極信号の周期の整数倍ずれるといった問題点を有していた。
【０１４３】
そこで、本発明の第６の実施例として、磁極信号検出の時間間隔が大きい場合でも、位置検出が可能とするモータ制御装置を提供する。
【０１４４】
以下本発明の第６の実施例のモータ制御装置について、図面を参照しながら説明する。
【０１４５】
図１６は本発明の第６の実施例におけるモータ制御装置の構成を示す全体図である。
【０１４６】
図１６において、１００はモータ、１０２は磁束検出器、１０４はＰＷＭ制御器、１０６は速度制御器、１０８は微分器、６００は比較器、６０２はカウンター、６０４は位置信号変換器である。
【０１４７】
以上のように構成されたモータ制御装置について、以下、図１６を用いてその動作を説明する。
【０１４８】
第１の実施例と同様にモータ１００にモータの磁束を検出する磁束検出器１０２が取り付けられており、磁束検出器１０２はモータの磁石が発生する磁束を検出して、それぞれの位相差が約１２０度の正弦波状の三相の磁極信号ＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３を出力する。
【０１４９】
以下に、本発明のカウンター６０２を併用する場合の動作について説明する。
【０１５０】
三相の磁極信号ＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３のうちの任意の２つを比較器６００により矩形波に変換する。これを、公知のアップダウンカウンターであるカウンター６０２に入力し、磁極信号の周期の４逓倍の値をカウントする。
【０１５１】
そして、位置信号変換器６０４で、第１の実施例と同様に、磁束検出器で検出されたＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３の磁極信号から逆三角関数演算等で求めた詳細な位置信号と、カウンター６０２でカウントされたカウント値とを併用してモータの位置信号に変換する。
【０１５２】
これにより、モータが高速に回転しており、位置信号変換器６０４が磁極信号を検出する周期が、磁極信号の半周期よりも長い場合でも、位置検出が磁極信号の周期の整数倍ずれることなく、位置信号を検出可能となる。
【０１５３】
さらに、この位置信号を微分器１０８によりモータの速度に変換され、速度制御器１０６はこの検出された速度が速度指令値に追従するように、例えば公知のＰＩ制御等で制御すればよく、そのための制御指令をＰＷＭ制御器１０４に出力し制御する。なお、ここでも、速度制御の例について説明したが、公知の位置制御やトルク制御でも同様に制御可能である。
【０１５４】
以上の構成により、モータを高速で回し、磁極信号検出の時間間隔が十分小さくとれない場合でも、位置検出が容易に実現できる。
【０１５５】
なお、第１の実施例でも説明したように、モータの相数と磁束検出器の数を合わせる必要がないため、三相のモータであっても、予め位相差が９０度の正弦波を出力する二相の磁束検出器とすることも可能である。この場合も、本実施例により、同様な効果が得られることは、本発明の構成上、明らかである。
【０１５６】
さらに、本実施例でも説明の都合上、回転型の三相同期モータで説明したが、二相のモータなど多相の同期モータやステッピングモータでも、直線型のリニアモータでも同様な手法で実現できる。
【０１５７】
そして、本実施例でも、モータの磁束を直接検出しなくても、磁束が発生する周期と同じ周期の正弦波を出力する例えば、センサマグネットとＭＲセンサ等の検出器でもよい。
【０１５８】
【発明の効果】
上記実施例の記載から明らかなように、本発明のモータ制御装置は、モータと、前記モータの磁束を直接的にあるいは間接的に検出する磁束検出手段を有するモータ制御装置において、前記磁束検出手段の磁束量から前記モータの位置に変換する位置検出手段と、前記位置検出手段の検出位置を用いて前記モータを正弦波駆動する制御手段とを具備することで、起動時から正弦波駆動を可能とし、さらに過渡時においても、常に正弦波駆動が安価に実現可能とするものである。
【０１５９】
また、正弦波駆動に係わらず、位置検出手段の検出位置を用いて、モータの位置を検出し、位置制御、速度制御が可能とするものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例におけるモータ制御装置の構成を示す全体図
【図２】磁束検出器１０２の出力である磁束信号の一例を示す説明図
【図３】磁束検出器１０２の出力である磁束信号とモータ駆動波形の一例を示す説明図
【図４】磁束検出器１０２の出力である磁束信号の他の一例を示す説明図
【図５】本発明の第２の実施例におけるモータ制御装置の構成を示す全体図
【図６】磁束検出器１０２の出力である磁束信号の一例を示す説明図
【図７】磁束検出器１０２の出力である磁束信号の他の一例を示す説明図
【図８】本発明の第３の実施例におけるモータ制御装置の構成を示す全体図
【図９】磁束検出器１０２の出力である磁束信号の一例を示す説明図
【図１０】磁束写像器３００で補正した磁束信号の一例を示す説明図
【図１１】位置信号変換器１１０の出力である位置信号の一例を示す説明図
【図１２】本発明の第４の実施例におけるモータ制御装置の構成を示す全体図
【図１３】本発明の第５の実施例におけるモータ制御装置の構成を示す全体図
【図１４】磁束写像器５００で補正した磁束信号の一例を示す説明図
【図１５】位置信号変換器４０２の出力である位置信号の一例を示す説明図
【図１６】本発明の第６の実施例におけるモータ制御装置の構成を示す全体図
【図１７】従来例における磁極位置センサの波形と矩形波駆動を示す説明図
【図１８】従来例における磁極位置センサの波形と正弦波駆動を示す説明図
【符号の説明】
１００  モータ
１０２  磁束検出器
１０４  ＰＷＭ制御器
１０６  速度制御器
１０８  微分器
１１０、４０２、６０４  位置信号変換器
２００  中性点補正器
３００、５００  磁束写像器
４００  二相変換器
６００  比較器
６０２  カウンター
【図１】
0003690338.tif 000022
【図２】
0003690338.tif 000023
【図３】
0003690338.tif 000024
【図４】
0003690338.tif 000025
【図５】
0003690338.tif 000026
【図６】
0003690338.tif 000027
【図７】
0003690338.tif 000028
【図８】
0003690338.tif 000029
【図９】
0003690338.tif 000030
【図１０】
0003690338.tif 000031
【図１１】
0003690338.tif 000032
【図１２】
0003690338.tif 000033
【図１３】
0003690338.tif 000034
【図１４】
0003690338.tif 000035
【図１５】
0003690338.tif 000036
【図１６】
0003690338.tif 000037
【図１７】
0003690338.tif 000038
【図１８】
0003690338.tif 000039