(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機をリニア増幅制御およびＰＷＭ制御のうちの選択された一方に切換えて制御する電動機制御の切換え方法において、
電動機電流を指定する電流指令値と設定された切換えしきい値とを比較し、
電流指令値が切換えしきい値以上のときには電動機電流をＰＷＭ制御し、
電流指令値が切換えしきい値未満のときには電動機電流をリニア増幅制御することを特徴とする電動機制御の切換え方法。
【請求項２】
電動機をリニア増幅制御およびＰＷＭ制御のうちの選択された一方に切換えて制御する電動機制御の切換え方法において、
電動機の推力／トルクを指定する推力／トルク指令値と設定された切換えしきい値とを比較し、
推力／トルク指令値が切換えしきい値以上のときには電動機電流をＰＷＭ制御し、
推力／トルク指令値が切換えしきい値未満のときには電動機電流をリニア増幅制御する
ことを特徴とする電動機制御の切換え方法。
【請求項３】
電動機が３相電動機であり、推力／トルク指令値と切換えしきい値との比較を、各相の電流制御系に対する電流指令を生成する上位装置である上位ＣＰＵ部においてソフトウェアによって実行し、その比較結果に対応する切換え信号を生成し、この切換え信号によって各相の電流制御を同時に切換える、請求項２に記載の電動機制御の切換え方法。
【請求項４】
電動機をリニア増幅制御およびＰＷＭ制御のうちの選択された一方に切換えて制御する電動機制御装置において、
電動機電流を指定する電流指令値と設定された切換えしきい値とを比較し、電流指令値が切換えしきい値以上のときには第１の論理レベルの切換え信号を出力し、電流指令値が切換えしきい値未満のときには第２の論理レベルの切換え信号を出力する切換え信号用コンパレータと、
リニア増幅制御電流指令とＰＷＭ制御電流指令とを入力し、前記切換え信号が第１の論理レベルを示しているときにはＰＷＭ制御電流指令を出力し、切換え信号が第２の論理レベルを示しているときにはリニア増幅制御電流指令を出力するスイッチ手段と、
スイッチ手段から出力されたリニア増幅制御電流指令またはＰＷＭ制御電流指令を入力し、入力されたリニア増幅制御電流指令またはＰＷＭ制御電流指令によって制御された負荷電流を生成する駆動部と
を有することを特徴とする電動機制御装置。
【請求項５】
電動機をリニア増幅制御およびＰＷＭ制御のうちの選択された一方に切換えて制御する電動機制御装置において、
電動機の推力／トルクを指定する推力／トルク指令を生成し、該推力／トルク指令から電流指令を生成して出力すると共に、推力／トルク指令値と設定された切換えしきい値とをソフトウエアで比較し、推力／トルク指令値が切換えしきい値以上のときには第１の論理レベルの切換え信号を出力し、推力／トルク指令値が切換えしきい値未満のときには第２の論理レベルの切換え信号を出力する上位ＣＰＵ部と、
リニア増幅制御電流指令とＰＷＭ制御電流指令とを入力し、前記切換え信号が第１の論理レベルを示しているときにはＰＷＭ制御電流指令を出力し、切換え信号が第２の論理レベルを示しているときにはリニア増幅制御電流指令を出力するスイッチ手段と、
スイッチ手段から出力されたリニア増幅制御電流指令またはＰＷＭ制御電流指令を入力し、入力されたリニア増幅制御電流指令またはＰＷＭ制御電流指令によって制御された負荷電流を生成する駆動部と
を有することを特徴とする電動機制御装置。
【請求項６】
電動機が３相電動機であり、前記切換え信号によって各相の電流制御が同時に切換えられる、請求項５に記載の電動機制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機制御の切替え方法と、その切替え方法を実施するための電動機制御装置に関し、特に電動機のリニア増幅制御とＰＷＭ制御とを切換える切換え方法とその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電動機制御装置において、大電流領域、すなわち高効率領域における制御と、小電流領域における高分解能・精密制御とを切換えるために、予めしきい値を設定し、入力値をこのしきい値と比較し、その比較結果に応じてリニア増幅制御とＰＷＭ制御を切換えるという方法が採用されていた。この方法によると、大電流による駆動の場合にはＰＷＭ制御が行われて効率の低下が防止され、小電流による駆動の場合にはリニア増幅制御が行われて高分解能の制御が可能になる。その結果として、高効率と高分解能を両立させた、いわゆる高効率・高分解能の電流制御が可能になる。
図５は従来の高効率・高分解能制御用の電動機制御装置の概略図を示す。図において、リニア増幅制御用アンプ１は電流指令Ｉｒｅｆに対する電流検出値Ｉｆｂの偏差を入力し、リニア増幅制御電流指令ＩＬＩＮを出力する。ＰＷＭ制御用アンプ２は電流指令Ｉｒｅｆに対する電流検出値Ｉｆｂの偏差を入力し、その出力信号とＰＷＭキャリアを入力したＰＷＭ制御用コンパレータ３はＰＷＭ制御電流指令ＩＰＷＭを出力する。切換え信号用コンパレータ８は、電流検出値Ｉｆｂと切換えしきい値とを比較し、その比較結果に対応する切換え信号を出力する。アナログスイッチ４は切換え信号に応答してリニア増幅制御用アンプ１またはＰＷＭ制御用アンプ２の出力を、アナログスイッチ４の出力端子に接続する。バッファアンプ５はアナログスイッチ４と後段の高効率・高分解能駆動部６（以下、駆動部６と記す）とをインタフェースする。駆動部６は切換え信号に対応してリニア増幅制御電流指令ＩＬＩＮまたはＰＷＭ制御電流指令ＩＰＷＭを入力し、その入力された信号によって制御された出力電流を負荷１０に供給する。電流検出器７は出力電流を検出し、電流検出値Ｉｆｂをアンプ１、２および切換え信号用コンパレータ８に供給する。
【０００３】
通常、ＰＷＭ動作時の出力電流は、キャリア周波数と同じ周波数成分でリップル分を含んだ電流になる。したがって、電流フィードバック信号（電流検出値）Ｉｆｂもキャリア周波数と同じ周波数成分で、ある振幅のリップル分を含んだ電圧信号になる。切換え信号用コンパレータ８は、入力の微少な電圧差をも検出するのでしきい値付近に、前記のリップル分のようなわずかなノイズがある場合には、しきい値付近で出力がばたつく現象（チャタリング）が発生する。そのため、切換え信号用コンパレータ８中にヒステリシス回路９を設け、切換え信号用コンパレータ８に出力側から正帰還をかけることによってヒステリシス特性をもたせて感度を鈍らせ、それによって切換え信号用コンパレータ８はノイズに強くされている。
【０００４】
図５の電動機制御装置は次のように動作する。駆動部６のリニア増幅制御とＰＷＭ制御の切換えは、電流検出器７の出力である電流検出値Ｉｆｂと切換えしきい値を切換信号コンパレータ８で比較し、アナログスイッチ４の切換えにより行う。電流検出値Ｉｆｂが切換えしきい値以下のとき、アナログスイッチ４はリニア増幅制御用アンプ１をその出力端子に接続し、リニア増幅制御電流指令ＩＬＩＮ  をバッファアンプ５を通して駆動部６に供給し、駆動部６をリニア増幅動作させる。一方、電流検出値Ｉｆｂが切換しきい値以上のとき、アナログスイッチ４はその出力端子をＰＷＭ制御用アンプ２に接続し、ＰＷＭ制御用コンパレータ３によって、電流指令Ｉｒｅｆに対する電流検出値Ｉｆｂの偏差をＰＷＭキャリアと比較して生成されたＰＷＭ制御電流指令ＩＰＷＭ  をバッファアンプ５を通して駆動部６に供給し、駆動部６をＰＷＭ動作させる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来例は、３相電動機に適用する場合に次のような問題点がある。    この装置はリニア増幅制御とＰＷＭ制御との間の増幅機能の切換え時のチャタリングを防止するために、切換え信号用コンパレータ８にヒステリシス回路９を追加している。このヒステリシス回路９によって、同一の切換えしきい値に対して、電流検出値の増加時と減少時で異なった制御方式（リニア増幅制御方式とＰＷＭ制御方式）が選択されることになる。これは、相間の波形ノイズに起因し、工作機械や半導体製造装置等の一部のように高精度な位置決め精度が要求される場合、その位置決め精度に支障を生じることがある。
さらに、切換え信号用コンパレータが各相に設けられなけらばならないのでコストがかかるばかりでなく、各相毎に切換えが独立しているのでＰＷＭ動作している相の波形が、リニア動作している相にノイズ等の影響を与える惧れがあるという問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、部品点数の削減、回路の小形化ができ、また、３相電動機に適用する場合、相間の波形ノイズの影響をなくすことができる、リニア増幅制御とＰＷＭ制御との間の切換え方法および電動機制御装置を提供し、さらに、３相電動機の各相のリニア増幅制御・ＰＷＭ制御間の切換えを同時に行うことができる電動機制御の切換え方法および電動機制御装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するため、本発明の第１の電動機制御の切換え方法は、電動機をリニア増幅制御およびＰＷＭ制御のうちの選択された一方に切換えて制御する電動機制御の切換え方法であって、電動機電流を指定する電流指令値と設定された切換えしきい値とを比較し、電流指令値が切換えしきい値以上のときには電動機電流をＰＷＭ制御し、電流指令値が切換えしきい値未満のときには電動機電流をリニア増幅制御する。
本発明の第１の電動機制御装置は、電動機をリニア増幅制御およびＰＷＭ制御のうちの選択された一方に切換えて制御する電動機制御装置であって、切換え信号用コンパレータとスイッチ手段と駆動部とを備えている。切換え信号用コンパレータは電動機電流を指定する電流指令値と設定された切換えしきい値とを比較し、電流指令値が切換えしきい値以上のときには第１の論理レベルの切換え信号を出力し、電流指令値が切換えしきい値未満のときには第２の論理レベルの切換え信号を出力する。
【０００８】
スイッチ手段は、リニア増幅制御電流指令とＰＷＭ制御電流指令とを入力し、切換え信号が第１の論理レベルを示しているときにはＰＷＭ制御電流指令を出力し、切換え信号が第２の論理レベルを示しているときにはリニア増幅制御電流指令を出力する。
駆動部は、スイッチ手段から出力されたリニア増幅制御電流指令またはＰＷＭ制御電流指令を入力し、入力されたリニア増幅制御電流指令またはＰＷＭ制御電流指令によって制御された負荷電流を生成する。
このように、本発明の第１の電動機制御の切換え方法および本発明の第１の電動機制御装置においては、従来例のように、帰還された電流検出値と切換えしきい値とを比較するのではなく、電流指令値と切換えしきい値とを比較することによって切換え信号を生成するので、切換え用コンパレータ８のチャタリングを生じることはない。したがって、ヒステリシス回路を省略することができ部品点数を削減できる。
【０００９】
本発明の第２の電動機制御の切換え方法は、電動機をリニア増幅制御およびＰＷＭ制御のうちの選択された一方に切換えて制御する電動機制御の切換え方法であって、電動機のトルクを指定するトルク指令値と設定された切換えしきい値とを比較し、トルク指令値が切換えしきい値以上のときには電動機電流をＰＷＭ制御し、トルク指令値が切換えしきい値未満のときには電動機電流をリニア増幅制御する。
本発明の第２の電動機制御装置は、電動機をリニア増幅制御およびＰＷＭ制御のうちの選択された一方に切換えて制御する電動機制御装置であって、上位ＣＰＵ部とスイッチ手段と駆動部とを備えている。
上位ＣＰＵ部は、電動機のトルクを指定するトルク指令を生成し、該トルク指令から電流指令を生成して出力すると共に、トルク指令値と設定された切換えしきい値とをソフトウエアで比較し、トルク指令値が切換えしきい値以上のときには第１の論理レベルの切換え信号を出力し、トルク指令値が切換えしきい値未満のときには第２の論理レベルの切換え信号を出力する。
【００１０】
スイッチ手段はリニア増幅制御電流指令とＰＷＭ制御電流指令とを入力し、前記切換え信号が第１の論理レベルを示しているときにはＰＷＭ制御電流指令を出力し、切換え信号が第２の論理レベルを示しているときにはリニア増幅制御電流指令を出力する。
駆動部はスイッチ手段から出力されたリニア増幅制御電流指令またはＰＷＭ制御電流指令を入力し、入力されたリニア増幅制御電流指令またはＰＷＭ制御電流指令によって制御された負荷電流を生成する。
本発明の第２の電動機制御の切換え方法および本発明の第２の電動機制御装置においても、従来例のように電流検出値と切換えしきい値とを比較するのではなく、上位ＣＰＵ部において推力／トルク指令値と切換えしきい値とを比較することによって切換え信号を生成するので、切換え信号用コンパレータとヒステリシス回路を省略することができ部品点数を削減することができる。また、本発明の第２の電動機制御の切換え方法および本発明の第２の電動機制御装置は、上位ＣＰＵ部において切換え信号を生成して出力するので、この方法を３相電動機に適用する場合には、その切換え信号によって各相のスイッチ手段を同時に制御することができる。したがって、ＰＷＭ動作している相の波形が、リニア動作している相にノイズ等の影響を与える惧れがあるという問題は解決される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の電動機制御装置の第１の実施形態の概略図を示す。図において、リニア増幅制御用アンプ１は上位ＣＰＵ部１１から転送された電流指令Ｉｒｅｆに対する電流検出値Ｉｆｂの偏差を入力し、リニア増幅制御電流指令ＩＬＩＮを出力する。ＰＷＭ制御用アンプ２は電流指令Ｉｒｅｆに対する電流検出値Ｉｆｂの偏差を入力し、その出力信号とＰＷＭキャリアを入力したＰＷＭ制御用コンパレータ３はＰＷＭ制御電流指令ＩＰＷＭを出力する。切換信号用コンパレータ８は、電流指令値Ｉｒｅｆと設定された切換えしきい値とを比較し、その比較結果に対応する切換え信号を出力する。アナログスイッチ４は切換え信号に応答してリニア増幅制御用アンプ１またはＰＷＭ制御用アンプ２の出力をアナログスイッチ４の出力端子、すなわち負荷側に接続する。バッファアンプ５はアナログスイッチ４と後段の高効率・高分解能駆動部６（以下、駆動部６と記す）とをインタフェースする。駆動部６は切換え信号によって選択されたリニア増幅制御電流指令ＩＬＩＮまたはＰＷＭ制御電流指令ＩＰＷＭによって制御された出力電流を負荷１０に供給する。電流検出器７は出力電流を検出し、電流検出値Ｉｆｂをアンプ１、２に供給する。
【００１２】
駆動部６が実行するリニア増幅制御とＰＷＭ制御の切換えは、電流指令値Ｉｒｅｆ  と切換しきい値を切換え信号用コンパレータ部８で比較し、生成された切換え信号でアナログスイッチ４を切り換えることにより行う。電流指令値Ｉｒｅｆ  が切換えしきい値以下のとき、アナログスイッチ４はその出力端子をリニア増幅制御用アンプ１に接続し、リニア増幅制御電流指令ＩＬＩＮ  をバッファアンプ５を通して駆動部６に供給する。それによって、駆動部６はリニア増幅動作する。
一方、電流指令値Ｉｒｅｆ  が切換えしきい値以上のとき、アナログスイッチ４はその出力端子をＰＷＭ制御用コンパレータ３に接続し、ＰＷＭ制御用コンパレータ３によって電流検出値Ｉｆｂの電流指令値Ｉｒｅｆに対する偏差とＰＷＭキャリアとを比較して生成されたＰＷＭ制御電流指令ＩＰＷＭ  をバッファアンプ５を通して駆動部６に供給し、駆動部６はＰＷＭ動作をする。
【００１３】
図２は上位ＣＰＵ部１１の構成図である。図２において、速度アンプ１１ａは速度指令を入力して推力／トルク指令を生成する。ＣＰＵはｓｉｎ関数テーブル１１ｂを参照して推力／トルク指令のベクトル変換処理を行ってｕ相電流指令、ｖ相電流指令、ｗ相電流指令を生成する。ｕ相電流指令、ｖ相電流指令、ｗ相電流指令はそれぞれｕ相、ｖ相、ｗ相の電動機制御装置に供給される。
図３は本発明の電動機制御装置の第２の実施形態の概略図を示す。
本実施形態は、負荷が３相電動機である場合には、前掲の従来技術においても、前記の第１の実施形態においても、切換信号用コンパレータが各相に設けらているので制御の切換が相毎に独立に行われ、その結果、部品点数が多く、またＰＷＭ動作をしている相の波形が、リニア動作をしている相にノイズ等の影響を与える惧れがあるという問題を解決するため実施形態である。
【００１４】
本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、上位ＣＰＵ部１２がソフトウェアによって推力／トルク指令を切換えしきい値と比較して切換え信号Ｓを生成し、上位ＣＰＵ部１２から出力された切換信号で各相のアナログスイッチ４を同時に切り換える点と、上位ＣＰＵ部１２がソフトウエアによって推力／トルク指令を切換えしきい値と比較して切換え信号Ｓを生成するため、切換え信号用コンパレータが省略できる点である。したがって、この実施形態では、各相のアナログスイッチ４は同一の切換え信号によって同時に切換えられる。
推力／トルク指令値が切換えしきい値未満のときには、アナログスイッチ４は切換え信号Ｓに応答してその出力端子をリニア増幅制御用アンプ１に接続し、リニア増幅制御電流指令ＩＬＩＮ  をバッファアンプ５を通して駆動部６に供給する。それによって、駆動部６はリニア増幅動作をする。
【００１５】
一方、推力／トルク指令値が切換えしきい値以上のときには、アナログスイッチ４は切換え信号Ｓに応答してその出力端子をＰＷＭ制御用アンプ２に接続し、ＰＷＭ制御用コンパレータ３によって生成されたＰＷＭ制御電流指令ＩＰＷＭ  をバッファアンプ５を通して駆動部６に供給する。それによって、駆動部６はＰＷＭ動作をする。
図４は本実施形態の上位ＣＰＵ部１２の構成図である。図４において、速度アンプ１２ａは速度指令を入力して推力／トルク指令を生成する。ＣＰＵはｓｉｎ関数テーブル１２ｂを参照して推力／トルク指令のベクトル変換処理を行ってｕ相電流指令、ｖ相電流指令、ｗ相電流指令を生成すると共に、ソフトウエアによって推力／トルク指令を切換えしきい値と比較して切換え処理を実行し、切換え信号を生成する。ｕ相電流指令、ｖ相電流指令、ｗ相電流指令は、それぞれ対応する相の電動機制御装置に供給される。切換え信号Ｓは、各相のアナログスイッチ４に供給される。
【００１６】
図２に示されている第１の実施形態の上位ＣＰＵ部１１は、切換え処理によって切換え信号を生成する手段を備えていない点が、図４の上位ＣＰＵ部１２と異なる。したがって、第１の実施形態では、切換え信号は各相の切換え装置の切換え信号用コンパレータ部８によって各相独立に生成されることは前述の通りである。
【００１７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の第１の電動機制御装置およびその切換え方法によれば、電動機制御を切換える切換え信号を、電流指令を切換えしきい値と比較して生成することによって、切換えコンパレータのチャタリングがなくなり、ヒステリシス回路を用いてチャタリングを防止することなく、その結果、制御ヒステリシスに起因する電動機制御の障害を回避することができると共に電動機制御装置の小型化に寄与することができる。
本発明の第２の電動機制御装置およびその切換え方法は次の効果を有する。
１）上位ＣＰＵ部においてソフトウェアにより推力／トルク指令と切換えしきい値とを比較し、上位ＣＰＵ部から出力された切換え信号によりアナログスイッチを切り換えるので、切換え信号用コンパレータを省略することができチャタリングの心配がなく、その結果、制御ヒステリシスに起因する電動機制御の障害を回避することができると共に電動機制御装置の小型化に寄与することができる。
２）推力／トルク指令と切換しきい値とを比較して切換え信号を生成するので、負荷が３相電動機の場合、同一の切換え信号によって各相の切換えを同時に実行することができ、その結果、ＰＷＭ動作している相の波形が、リニア動作している相にノイズ等の影響を与えるという相間の影響を少なくすることができる。
３）上位ＣＰＵ部でソフトウェアによって推力／トルク指令と切換えしきい値とを比較するので、切換えしきい値の変更が容易にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電動機制御装置の第１の実施形態の概略図を示す。
【図２】上位ＣＰＵ部の構成図である。
【図３】本発明の電動機制御装置の第２の実施形態の概略図を示す。
【図４】本発明の第２の実施形態の上位ＣＰＵ部の構成図である。
【図５】従来の高効率・高分解能制御用の電動機制御装置の概略図である。
【符号の説明】
１  リニア増幅制御用アンプ
２  ＰＷＭ制御用アンプ
３  ＰＷＭ制御用コンパレータ
４  アナログスイッチ
５  バッファアンプ
６  駆動部
７  電流検出器
８  切換信号用コンパレータ部
９  ヒスシテリシス回路
１０  負荷
１１、１２  上位ＣＰＵ部
１１ａ、１２ａ  速度アンプ
１１ｂ、１２ｂ  ｓｉｎ関数テーブル
【図１】
0003565236.tif 000002
【図２】
0003565236.tif 000003
【図３】
0003565236.tif 000004
【図４】
0003565236.tif 000005
【図５】
0003565236.tif 000006