(57)【要約】【課題】  ＰＷＭ制御に関わる演算の処理量を低減させることのできるモータ制御装置を提供する。【解決手段】  判定部１１は、位置信号ＥＮＵ、ＥＮＶ、ＥＮＷにもとづいてロータの位置検出信号ＬＣ、ロータの回転方向信号ＲＴを生成する。アップダウンカウンタ１２は、クロック生成部１３から速度指令ＲＡＴＥに応じた周波数のクロックＣＫが供給され、回転方向信号ＲＴによりアップ／ダウンカウントの切り替えが行われ、位置検出信号ＬＣによりクリアされる。キャプチャ部１４は、位置検出信号ＣＬ出力時に捕捉したアップダウンカウンタのカウント値ＣＮＴを位置検出位相値ＬＰとして出力する。位相誤差値算出部２１は、位置検出位相値ＬＰと基準位相値ＢＰとの差分を位相誤差値ＤＰとして算出する。位相誤差値ＤＰにもとづいて、速度調整部２２は、モータの速度を調整し、デューティ補正部２３は、モータへ印加するＰＷＭ信号のデューティを補正する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された位置信号にもとづいて、モータのロータの位置を示す位置検出信号、および前記ロータの回転方向を示す回転方向信号を生成する判定部と、
前記回転方向信号によりアップカウントとダウンカウントの切り替えが行われ、前記位置検出信号によりカウント値がクリアされるアップダウンカウンタと、
外部からの速度指令に応じて周波数を調整したクロックを前記アップダウンカウンタへ供給するクロック生成部と、
前記位置検出信号が出力されたときに前記アップダウンカウンタのカウント値を捕捉し、位置検出位相値として出力するキャプチャ部と、
前記位置検出位相値と予め設定された基準位相値との差分を算出し位相誤差値として出力する位相誤差値算出部と、
前記位相誤差値にもとづいて前記モータの速度を調整する速度調整部と、
前記位相誤差値にもとづいて前記モータへ印加するＰＷＭ信号のデューティを補正するデューティ補正部と
を備えることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記クロック生成部は、
前記速度指令により指定された速度の値に対して想定される前記位置検出信号の出力タイミングでの前記アップダウンカウンタのカウント値が常に同じ値となるよう、前記クロックの周波数を調整する
ことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記アップダウンカウンタへ供給するクロックを前記クロック生成部から出力される前記クロックとするか前記位置検出信号とするかを選択する第１のセレクタと、
前記位置検出位相値を前記キャプチャ部の出力とするか前記アップダウンカウンタの出力とするかを選択する第２のセレクタと
を備え、
前記第１のセレクタおよび第２のセレクタは、同じ選択信号により選択動作が制御される
ことを特徴とする請求項１または２に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記アップダウンカウンタのアップカウントとダウンカウントの切り替え信号を前記回転方向信号とするか外部指示信号とするかを選択する第３のセレクタ
を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
【請求項５】
前記速度指令が符号付き速度指令であり、
前記外部指示信号が、前記符号付き速度指令の符号部分である
ことを特徴とする請求項４に記載のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、モータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロータと多数巻線を設けたステータとからなるモータを制御するモータ制御装置として、ＰＷＭ信号のデューティを制御して、各巻線へ正弦波状の駆動電圧を与えるＰＷＭ制御方式のモータ制御装置がある。
【０００３】
従来、このようなモータ制御装置では、位置センサなどから得られる位置信号にもとづいてロータの位置検出信号を生成する位置検出手段と、その位置検出信号にもとづいて、モータ制御に必要な速度の算出およびＰＷＭ信号のデューティの算出を行う演算処理手段とが設けられている。
【０００４】
その場合、位置検出信号の出力時刻を測定し、その時間間隔を求めて各相の位相を算出し、その算出した位相をもとに速度およびＰＷＭ信号のデューティを算出している。そのため、演算処理に時間がかかり、モータが高速回転するときは処理が間に合わなくなる、という問題が発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−２１４５８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、ＰＷＭ制御に関わる演算の処理量を低減させることのできるモータ制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態のモータ制御装置は、判定部と、アップダウンカウンタと、クロック生成部と、キャプチャ部と、位相誤差値算出部と、速度調整部と、デューティ補正部とを備える。判定部は、入力された位置信号にもとづいて、モータのロータの位置を示す位置検出信号、および前記ロータの回転方向を示す回転方向信号を生成する。アップダウンカウンタは、前記回転方向信号によりアップカウントとダウンカウントの切り替えが行われ、前記位置検出信号によりカウント値がクリアされる。クロック生成部は、外部からの速度指令に応じて周波数を調整したクロックを前記アップダウンカウンタへ供給する。キャプチャ部は、前記位置検出信号が出力されたときに前記アップダウンカウンタのカウント値を捕捉し、位置検出位相値として出力する。位相誤差値算出部は、前記位置検出位相値と予め設定された基準位相値との差分を算出し位相誤差値として出力する。速度調整部は、前記位相誤差値にもとづいて前記モータの速度を調整する。デューティ補正部は、前記位相誤差値にもとづいて前記モータへ印加するＰＷＭ信号のデューティを補正する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態のモータ制御装置の構成の例を示すブロック図。
【図２】第１の実施形態のモータ制御装置の位置検出部の動作を説明するための波形図。
【図３】第１の実施形態のモータ制御装置の判定部の入出力の関係を示す図。
【図４】第１の実施形態のモータ制御装置のクロック生成部の動作説明図。
【図５】第１の実施形態のモータ制御装置の速度調整部の動作説明図。
【図６】正弦波データにもとづいて生成されるＰＷＭ信号の例を示す図。
【図７】第２の実施形態のモータ制御装置の位置検出部の構成の例を示すブロック図。
【図８】第３の実施形態のモータ制御装置の位置検出部の構成の例を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、図中、同一または相当部分には同一の符号を付して、その説明は繰り返さない。
【００１０】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態のモータ制御装置の構成の例を示すブロック図である。ここでは、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の巻線を有する３相モータを制御するモータ制御装置の例を示す。
【００１１】
本実施形態のモータ制御装置は、入力された位置信号ＥＮＵ、ＥＮＶ、ＥＮＷにもとづいて、モータのロータの位置を示す位置検出信号ＬＣ、およびロータの回転方向を示す回転方向信号ＲＴを生成する判定部１１と、回転方向信号ＲＴによりアップカウントとダウンカウントの切り替えが行われ、位置検出信号ＬＣによりカウント値がクリアされるアップダウンカウンタ１２と、外部からの速度指令ＲＡＴＥに応じて周波数を調整したクロックＣＫをアップダウンカウンタ１２へ供給するクロック生成部１３と、位置検出信号ＬＣが出力されたときにアップダウンカウンタ１２のカウント値ＣＮＴを捕捉し、位置検出位相値ＬＰとして出力するキャプチャ部１４と、位置検出位相値ＬＰと予め設定された基準位相値ＢＰとの差分を算出し位相誤差値ＤＰとして出力する位相誤差値算出部２１と、位相誤差値ＤＰにもとづいてモータの速度を調整する速度調整部２２と、位相誤差値ＤＰにもとづいてモータへ印加するＰＷＭ信号のデューティを補正するデューティ補正部２３と、を備える。
【００１２】
ここで、本実施形態では、判定部１１と、アップダウンカウンタ１２と、クロック生成部１３と、キャプチャ部１４とにより位置検出部１が構成され、位相誤差値算出部２１と、速度調整部２２と、デューティ補正部２３とにより演算処理部２が構成されるものとする。
【００１３】
演算処理部２は、ハードウェアで構成してもよいし、例えばＣＰＵなどを用いて、上述の演算処理をソフトウェアで実行するようにしてもよい。
【００１４】
次に、図２に示す波形図を用いながら、位置検出部１について詳しく説明する。
【００１５】
判定部１１へ入力される位置信号ＥＮＵ、ＥＮＶ、ＥＮＷは、図２に示すＵ相、Ｖ相、Ｗ相の巻線に誘起される誘起電圧にもとづいて生成される位置信号である。
【００１６】
位置信号ＥＮＵは、Ｕ相の誘起電圧が正のときに‘Ｈ’（ハイレベル）、負のときに‘Ｌ’（ロウレベル）となる。同様に、位置信号ＥＮＶ、ＥＮＷは、それぞれ、Ｖ相、Ｗ相の誘起電圧の極性に応じて信号レベルが変化する。
【００１７】
Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の誘起電圧は１２０°ずつ位相が異なるので、位置信号ＥＮＵ、ＥＮＶ、ＥＮＷも１２０°ずつ位相が異なる。
【００１８】
判定部１１は、位置信号ＥＮＵ、ＥＮＶ、ＥＮＷのいずれかの信号レベルが変化するごとに、パルス状の位置検出信号ＬＣを生成する。したがって、位置検出信号ＬＣは、モータの回転周期の６０°ごとに発生するパルス信号となる。
【００１９】
また、判定部１１は、位置信号ＥＮＵ、ＥＮＶ、ＥＮＷの信号レベルの組み合わせにもとづいて、ロータの回転方向を示す回転方向信号ＲＴを生成する。
【００２０】
図３に、位置信号ＥＮＵ、ＥＮＶ、ＥＮＷの組み合わせと回転方向信号ＲＴの関係の例を示す。
【００２１】
ここでは、位置信号ＥＮＵが‘Ｈ’から‘Ｌ’へ変化したときに位置信号ＥＮＶが‘Ｈ’で位置信号ＥＮＷが‘Ｌ’、および位置信号ＥＮＵが‘Ｌ’から‘Ｈ’へ変化したときに位置信号ＥＮＶが‘Ｌ’で位置信号ＥＮＷが‘Ｈ’であるときに、回転方向信号ＲＴは‘Ｌ’とされる。
【００２２】
また、位置信号ＥＮＵが‘Ｈ’から‘Ｌ’へ変化したときに位置信号ＥＮＶが‘Ｌ’で位置信号ＥＮＷが‘Ｈ’、および位置信号ＥＮＵが‘Ｌ’から‘Ｈ’へ変化したときに位置信号ＥＮＶが‘Ｈ’で位置信号ＥＮＷが‘Ｌ’であるときに、回転方向信号ＲＴは‘Ｈ’とされる。ここで、回転方向信号ＲＴは、例えば、‘Ｌ’が正方向回転、‘Ｈ’が負方向回転を表す。
【００２３】
図２（ａ）に示すように、モータが正方向回転の場合、方向信号ＲＴが‘Ｌ’となり、アップダウンカウンタ１２は、アップカウントを行う。アップダウンカウンタ１２のカウント値ＣＮＴは、位置検出信号ＬＣの出力後増加し、次の位置検出信号ＬＣでクリアされる。
【００２４】
一方、図２（ｂ）に示すように、モータが負方向回転の場合、方向信号ＲＴが‘Ｈ’となり、アップダウンカウンタ１２は、ダウンカウントを行う。アップダウンカウンタ１２のカウント値ＣＮＴは、位置検出信号ＬＣの出力後減少し、次の位置検出信号ＬＣでクリアされる。
【００２５】
このアップダウンカウンタ１２のカウント用のクロックＣＫは、アップダウンカウンタ１２から供給される。
【００２６】
クロック生成部１３は、外部からの速度指令ＲＡＴＥにより指定されたモータの速度に応じて、クロックＣＫの周波数を調整する。
【００２７】
本実施形態では、クロック生成部１３は、速度指令ＲＡＴＥにより指定された速度の値に対して想定される位置検出信号ＬＣの出力タイミングでのアップダウンカウンタ１２のカウント値が常に同じ値となるよう、クロックＣＫの周波数を調整する。
【００２８】
図４に、クロック生成部１３によるクロックＣＫの周波数調整の例を示す。
【００２９】
図４（ａ）は、モータ速度が低い場合、図４（ｂ）は、モータ速度が高い場合を示す。いずれの場合も、位置検出信号ＬＣは、モータの駆動制御信号の位相が６０°進むごとに出力されることが想定される。
【００３０】
クロック生成部１３は、モータ速度に関わらず、モータの駆動制御信号の位相が６０°進む期間のアップダウンカウンタ１２のカウント値ＣＮＴが常にＮ（ＣＮＴ＝Ｎ）となるよう、クロックＣＫの周波数を調整する。
【００３１】
例えば、図４（ａ）の場合のモータの駆動制御信号の位相が６０°進む期間をＴ１、クロックＣＫの周波数をｆ１とし、図４（ｂ）の場合のモータの駆動制御信号の位相が６０°進む期間をＴ２、クロックＣＫの周波数をｆ２とすると、クロック生成部１３は、ｆ１＝Ｎ／Ｔ１、ｆ２＝Ｎ／Ｔ２となるよう、クロックＣＫの周波数を調整する。
【００３２】
このとき、Ｔ２＜Ｔ１であるので、ｆ２＞ｆ１となる。すなわち、速度指令ＲＡＴＥにより指定された速度の値が大きいほど、アップダウンカウンタ１２のクロックＣＫの周波数は高くなる。
【００３３】
キャプチャ部１４は、位置検出信号ＬＣが出力されたときに、アップダウンカウンタ１２のカウント値ＣＮＴを捕捉する。
【００３４】
上述したように、モータの駆動制御信号の位相が６０°進む間にアップダウンカウンタ１２のカウントはＮ進む。したがって、アップダウンカウンタ１２の１カウントは、位相としては、（６０／Ｎ）°に相当する。
【００３５】
そのため、キャプチャ部１４に捕捉されたカウント値は、モータのコイルの誘起電圧波形の位相を示すこととなる。そこで、キャプチャ部１４の出力ＬＰを位置検出位相値とする。
【００３６】
次に、図５および図６を用いて、演算処理部２について説明する。
【００３７】
位相誤差値算出部２１は、キャプチャ部１４から位置検出位相値ＬＰと予め設定された基準位相値ＢＰとの差分を算出し、位相誤差値ＤＰとして出力する。
【００３８】
ここで、基準位相値ＢＰは、図５（ａ）に示すように、速度指令ＲＡＴＥの指令通りの速度でモータが回転したと想定したときの、コイルの誘起電圧の位相６０°でのアップダウンカウンタ１２のカウント値である。
【００３９】
図５（ａ）に示すように、実際のモータ速度が想定よりも速いときは、誘起電圧の位相が想定よりも早く６０°に達するので、キャプチャ部１４で捕捉されるキャプチャ値をＬＰ１とすると、ＬＰ１＜ＢＰとなる。このときの位相誤差値算出部２１から出力される位相誤差値をＤＰ１とすると、ＤＰ１＝ＬＰ１−ＢＰと表される。
【００４０】
この場合、ＬＰ１＜ＢＰであるので、位相誤差値ＤＰ１は、負の値（ＤＰ１＜０）となる。このとき、位相誤差値ＤＰ１は、コイルの誘起電圧の位相の進みの大きさを示す。
【００４１】
一方、図５（ｂ）に示すように、実際のモータ速度が想定よりも遅いときは、誘起電圧の位相が想定よりも遅く６０°に達するので、キャプチャ部１４で捕捉されるキャプチャ値をＬＰ２とすると、ＬＰ２＞ＢＰとなる。このときの位相誤差値算出部２１から出力される位相誤差値をＤＰ２とすると、ＤＰ２＝ＬＰ２−ＢＰと表される。
【００４２】
この場合、ＬＰ２＞ＢＰであるので、位相誤差値ＤＰ２は、正の値（ＤＰ２＞０）となる。このとき、位相誤差値ＤＰ２は、コイルの誘起電圧の位相の遅れの大きさを示す。
【００４３】
速度調整部２２は、位相誤差値算出部２１から出力された位相誤差値ＤＰにもとづいて、モータの速度を調整する。
【００４４】
すなわち、速度調整部２２は、位相誤差値ＤＰが負の値のときはモータの速度を低下させるよう、また、位相誤差値ＤＰが正の値のときはモータの速度を上昇させるよう、モータ駆動部（非図示）に対して速度調整信号ＳＰＤを出力する。
【００４５】
デューティ補正部２３は、位相誤差値算出部２１から出力された位相誤差値ＤＰにもとづいて、モータへ印加するＰＷＭ信号のデューティを補正する。
【００４６】
図６は、正弦波信号とモータの駆動を制御するＰＷＭ信号の関係を示す図である。
【００４７】
図６（ａ）に示す正弦波信号に対して、図６（ｂ）は、その位相１５°ごとの振幅値に対応した、ＰＷＭ信号のデューティ指示値である。図６（ｃ）は、そのデューティ指示値にもとづいて生成されたＰＷＭ信号を示す。
【００４８】
速度調整部２２の指示によりモータの速度を変更する場合、それに応じてＰＷＭ信号の出力を変化させる必要がある。そこで、デューティ補正部２３は、当初のデューティ指示値に対する補正値ＤＴＹを出力し、ＰＷＭ信号のデューティを変化させる。
【００４９】
このような本実施形態によれば、キャプチャ部１４からモータ巻線の誘導電圧波形の位相を示す位置検出位相値ＬＰが出力されるので、位相誤差値算出部２１は、基準位相値ＢＰとの差分を算出するのみで、想定出力位相からの誤差を算出することができる。これにより、ＰＷＭ制御に関わる演算の処理量を低減させることができる。そのため、この演算を、例えばＣＰＵを用いてソフトウェアで処理する場合、ＣＰＵの負荷を低減させることができる。
【００５０】
（第２の実施形態）
上述の第１の実施形態では、位置信号ＥＮＵ、ＥＮＶ、ＥＮＷが、モータの各相の巻線に誘起される誘起電圧にもとづいて生成される例を示したが、位置信号が、モータに取り付けられたインクリメントエンコーダセンサから出力される場合もある。インクリメントエンコーダセンサでは、外周部に多数の窓を持つスリット円板を透過した光をもとにロータの１回転に対して多数（例えば、１０００）の位置信号が出力される。そこで、本実施形態では、このインクリメントエンコーダセンサから出力される位置信号をアップダウンカウンタ１２のカウント用クロックとして用いることができるようにした例を示す。
【００５１】
図７は、第２の実施形態のモータ制御装置の位置検出部の構成の例を示すブロック図である。
【００５２】
本実施形態の位置検出部１Ａは、第１の実施形態の位置検出部１に、セレクタ１５と、セレクタ１６とを追加したものである。
【００５３】
セレクタ１５は、アップダウンカウンタ１２へ供給するクロックをクロック生成部１３から出力されるクロックＣＫとするか、判定部１１から出力される位置検出信号ＬＣとするか、を選択する。
【００５４】
セレクタ１６は、位置検出位相値ＬＰを、キャプチャ部１４の出力ＣＰＴとするか、アップダウンカウンタ１２の出力ＣＮＴとするか、を選択する。
【００５５】
セレクタ１５と、セレクタ１６は、共通の選択信号ＳＥＬにより、入力信号の選択が切り替えられる。
【００５６】
位置信号ＥＮＵ、ＥＮＶ、ＥＮＷがインクリメントエンコーダセンサから出力される場合は、アップダウンカウンタ１２へ供給するクロックが位置検出信号ＬＣとされ、位置検出位相値ＬＰがアップダウンカウンタ１２の出力ＣＮＴとされる。
【００５７】
このような本実施形態によれば、位置信号がインクリメントエンコーダセンサから出力される場合にも対応することができる。
【００５８】
（第３の実施形態）
上述の各実施形態ではモータが３相モータである場合の例を示したが、本実施形態では、モータが単相モータである場合の対応例を示す。単相モータの場合は、速度指令が符号付き速度指令Ｓ−ＲＡＴＥで与えられ、その符号部Ｓによりモータの回転方向が指示されるものとする。
【００５９】
図８は、第３の実施形態のモータ制御装置の位置検出部の構成の例を示すブロック図である。
【００６０】
本実施形態の位置検出部１Ｂは、第２の実施形態の位置検出部１Ａに、セレクタ１７を追加したものである。なお、位置検出部１Ａの代わりに、第１の実施形態の位置検出部１にセレクタ１７を追加するようにしてもよい。
【００６１】
セレクタ１７は、アップダウンカウンタ１２のアップカウントとダウンカウントの切り替え信号Ｕ／Ｄを回転方向信号ＲＴとするか、符号付き速度指令Ｓ−ＲＡＴＥの符号部Ｓとするか、を選択する。
【００６２】
モータが単相モータの場合、選択信号ＳＥＬ２の指示により、セレクタ１７の出力は、符号付き速度指令Ｓ−ＲＡＴＥの符号部Ｓとされる。
【００６３】
この場合、アップダウンカウンタ１２は、例えば、符号部Ｓが‘０’（正）のときにアップカウントし、符号部Ｓが‘１’（負）のときにダウンカウントする。
【００６４】
このような本実施形態によれば、モータが単相モータである場合にも対応することができる。
【００６５】
以上説明した少なくとも１つの実施形態のモータ制御装置によれば、ＰＷＭ制御に関わる演算の処理量を低減させることができる。
【００６６】
また、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６７】
１  位置検出部
２  演算処理部
１１  判定部
１２  アップダウンカウンタ
１３  クロック生成部
１４  キャプチャ部
１５〜１７  セレクタ
２１  位相誤差算出部
２２  速度調整部
２３  デューティ補正部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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