(57)【要約】【課題】高精度な検出器やマイクロプロセッサを使わず、また可変増幅度のアナログ増幅器も使うことなく、アナログセンサである磁気センサを用いて永久磁石同期モータを駆動制御可能な簡便な駆動制御方法を提案すること。【解決手段】３相の永久磁石同期モータ１の駆動制御装置１０では、回転子２の磁界を２個のホール素子５Ｕ、５Ｖにより検出する。ホール素子５Ｕ、５Ｖの制御電流は、ホール素子駆動回路１１によって、モータ要求トルクに対応する電流指令に比例して増減される。ホール素子５Ｕ、５Ｖから得られる正弦波状の検出信号は電流指令に比例して振幅が増減したものとなり、これらの検出信号をＵ相およびＶ相の電流指令として用いることにより、可変増幅度のアナログ乗算器が不要となり、一定増幅度の増幅器１７、１８、１９を介して各相の電機子電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを生成できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石同期モータにおける回転子の回転磁界をホール素子などの磁気センサにより検出し、
当該磁気センサの検出信号の振幅がモータ要求トルクに応じて増減するように、当該磁気センサに供給される制御電流を制御し、
モータ要求トルクに応じて調整された振幅を備えた前記磁気センサの検出信号を一定倍率で増幅して電機子電流を生成する、
ことを特徴とする永久磁石同期モータの駆動制御方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記永久磁石同期モータは３相モータであり、
前記回転子の回転に伴って位相差が120度の検出信号を出力するように少なくとも２個のホール素子を配置し、
各ホール素子から得られる正弦波状の検出信号を一定倍率で増幅して、各相の電機子電流を生成することを特徴とする永久磁石同期モータの駆動制御方法。
【請求項３】
請求項１または２において、
電機子巻線に流れる電機子電流をフィードバックする電流フィードバックループを設け、
前記磁気センサの検出信号とフィードバック電流の偏差を一定倍率で増幅することにより前記電機子電流を生成することを特徴とする永久磁石同期モータの駆動制御方法。
【請求項４】
ホール素子などの磁気センサにより検出される回転子の磁極位置に基づき永久磁石同期モータを駆動制御する永久磁石同期モータの駆動制御装置において、
モータ要求トルクに応じて前記磁気センサの検出信号の振幅が増減するように、当該磁気センサに供給する制御電流を制御する電流制御手段と、
前記永久磁石同期モータの電機子巻線に流れる電機子電流をフィードバックする電流フィードバックループと、
前記磁気センサの検出信号と前記電機子電流の電流フィードバックの偏差を一定倍率で増幅して電機子電流を生成する増幅器と、
を有していることを特徴とする永久磁石同期モータの駆動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変増幅度のアナログ増幅器を用いることなく永久磁石同期モータを駆動制御することのできる永久磁石同期モータの駆動制御方法、および、当該駆動制御方法を採用した廉価な構成の永久磁石同期モータの駆動制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＡＣサーボモータとして永久磁石同期モータが知られており、この永久磁石同期モータを効率良く回転駆動するためには、その回転子の回転位置を検出し、回転位置に応じて決まる正弦波電流あるいは矩形波電流を電機子巻線に流す必要がある。回転子の回転位置を検出するためのセンサとしては、一般に、高精度なセンサであるレゾルバやエンコーダが用いられている。これらのセンサはデジタル信号を出力するので、信号処理にマイクロプロセッサを使うのが合理的である。マイクロプロセッサは位置情報から例えば正弦波状の電流信号を生成する。しかし、この構成ではモータ駆動制御装置が複雑化するので、あまり高度な制御が必要でない用途には向かない。
【０００３】
これに対して、高精度な位置決め制御などを必要としない用途向けのモータ駆動制御装置としては、図２に示す構成のものが知られている。この図には、３相の永久磁石同期モータ１００の駆動制御装置１１０の概略構成を示してある。回転子１０１の位置をアナログセンサである２個の磁気センサ１０２、１０３を用いて検出し、これらの磁気センサ１０２、１０３から得られる正弦波状の検出信号をアナログ増幅するようになっている。磁気センサ１０２、１０３には予め定められた制御電流が供給される。
【０００４】
かかる駆動制御装置１１０では、アナログ増幅器として可変増幅度のアナログ乗算器１１１、１１２が用いられており、電流指令Ｉｏ(要求モータトルクまたは要求モータ速度)に応じて、磁気センサ１０２、１０３から得られる正弦波状の検出信号の振幅を増減している。しかる後に、電機子電流のフィードバック値との偏差を取り、これらを一定倍率の増幅器１１３、１１４によって増幅すると共に、残りの相の正弦波信号を演算器１１６を介して生成して同じく増幅器１１５を介して一定倍率で増幅している。このようにして得られた３相の電機子電流を各相の電機子巻線１０４〜１０６に供給して、永久磁石同期モータ１００を駆動制御している。
【０００５】
ここで、可変増幅度のアナログ増幅器は現在では高周波などの限定された用途以外にはあまり使われていない。同一機能をマイクロプロセッサを使ってソフトウェアで実現した方が廉価であり、しかも精度も良いからである。このため、マイクロプロセッサを使うのであれば、センサもそれに合わせた高精度なものを使うことになる。
【０００６】
このような訳で、アナログセンサを用いた同期モータ制御は普及しておらず、高度な制御が必要でない用途に適した永久磁石同期モータの駆動制御方法および駆動制御装置が無いというのが現状である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、この点に鑑みて、高精度な検出器やマイクロプロセッサを使わず、また可変増幅度のアナログ増幅器も使うことなく、アナログセンサである磁気センサを用いて永久磁石同期モータを駆動制御可能な駆動制御方法、および、当該駆動制御方法を採用した廉価で簡単な構成の駆動制御装置を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明の永久磁石同期モータの駆動制御方法は、
永久磁石同期モータにおける回転子の回転磁界をホール素子などの磁気センサにより検出し、
当該磁気センサの検出信号の振幅がモータ要求トルクに応じて増減するように、当該磁気センサに供給される制御電流を制御し、
モータ要求トルクに応じて調整された振幅を備えた前記磁気センサの検出信号を一定倍率で増幅して電機子電流を生成することを特徴としている。
【０００９】
一般に、アナログセンサを用いて回転子の回転磁界を検出する場合には、その検出信号の振幅が一定となるように制御される。磁気センサの場合、その検出信号は回転子の回転磁界に比例して変化すると共に、当該磁気センサに供給される制御電流にも比例する。たとえばホール素子の場合、その検出信号は磁界に比例すると共に直流の制御電流に比例する。通常は、磁気センサに供給される制御電流は、その検出信号ができるだけ大きくなるような一定値に設定される。磁気センサに供給される制御電流を増減できるようにしておけば、その検出信号もそれに比例して増減する。
【００１０】
本発明では、この点に着目して、磁気センサに供給される制御電流を、モータ要求トルクに応じて増減させることにより、その検出信号の振幅をモータ要求トルクに応じて増減させるようにしている。この結果、検出信号をモータ要求トルクに応じて増幅させるための可変増幅度のアナログ乗算器が不要となり、一定の増幅度で検出信号を増幅するだけで、必要とされる電機子電流を得ることができる。
【００１１】
したがって、本発明の方法によれば、可変増幅度の増幅器を必要とせず、一定増幅度の増幅器だけで永久磁石同期モータの駆動制御装置を構成でき、レゾルバ、エンコーダや、マイクロプロセッサを使った場合に比べて、簡単な構成で廉価な駆動制御装置を実現できる。
【００１２】
ここで、一般的に使用されている３相の永久磁石同期モータの場合には、回転子の回転に伴って位相が120度異なる検出信号を出力するように少なくとも２個のホール素子を配置し、各ホール素子から得られる正弦波電流に基づき、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の３相の正弦波電流を生成し、これら各相の正弦波電流を一定倍率で増幅して各相の電機子電流を生成すればよい。
【００１３】
また、一般には電機子巻線に流れる電機子電流をフィードバックさせる電流ループを設け、磁気センサの検出信号とフィードバック電流の偏差を一定倍率で増幅して電機子電流が生成される。
【００１４】
次に、本発明は、ホール素子などの磁気センサにより検出される回転子の磁極位置に基づき永久磁石同期モータを駆動制御する永久磁石同期モータの駆動制御装置において、モータ要求トルクに応じて前記磁気センサの検出信号の振幅が増減するように、当該磁気センサに供給する制御電流を制御する電流制御手段と、前記永久磁石同期モータの電機子巻線に流れる電機子電流をフィードバックさせる電流フィードバックループと、前記磁気センサの検出信号と前記電機子電流のフィードバック値の偏差を一定倍率で増幅して電機子電流を生成する増幅器とを有していることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明では、永久磁石同期モータの回転子の回転磁界を検出する磁気センサに供給される制御電流を、モータ要求トルクに応じて増減させることにより、その検出信号の振幅をモータ要求トルクに応じて増減させるようにしている。この結果、検出信号をモータ要求トルクに応じて増幅させるための可変増幅度のアナログ乗算器が不要となり、一定の増幅度で検出信号を増幅するだけで、電機子電流を得ることができる。
【００１６】
したがって、本発明の方法によれば、可変増幅度の増幅器を必要とせず、一定増幅度の増幅器だけで永久磁石同期モータの駆動制御装置を構成でき、レゾルバ、エンコーダや、マイクロプロセッサを使った場合に比べて、簡単な構成で廉価な駆動制御装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、図面を参照して、本発明を適用した永久磁石同期モータの駆動制御装置の実施の形態を説明する。
【００１８】
図１は本実施の形態に係る永久磁石同期モータおよびその駆動制御装置の主要部分を示す概略ブロック図である。永久磁石同期モータ１は３相モータであり、永久磁石２が120度間隔で取り付けられた回転子３と、各相Ｕ、Ｖ、Ｗの電機子巻線４Ｕ、４Ｖ、４Ｗを備えた固定子とを備えている。
【００１９】
永久磁石同期モータ１には、界磁磁極の回転位置を検出するために、磁気センサとして２個のホール素子５Ｕ、５Ｖが取り付けられている。これらのホール素子５Ｕ、５Ｖは、位相差が120度の正弦波状の検出信号が得られるように配置されている。
【００２０】
駆動制御装置１０は、モータ要求トルクあるいはモータ要求速度に対応する電流指令に応じた制御電流Ｉｈをホール素子５Ｕ、５Ｖに供給するホール素子駆動回路１１(電流制御手段)を備えている。各ホール素子５Ｕ、５Ｖの正弦波状の検出信号Ｓ(５Ｕ)、Ｓ(５Ｖ)は、Ｕ相およびＶ相の電流指令として減算器１２、１３に供給される。減算器１２、１３には、電流センサ１４、１５によって検出された電機子巻線４Ｕ、４Ｖに流れている電機子電流が電流フィードバックループ１６を介してフィードバックされている。減算器１２において、Ｕ相電流指令とＵ相電流フィードバックとの差が算出され、減算器１３において、Ｖ相電流指令とＶ相電流フィードバックとの偏差が算出される。これらの偏差が、それぞれ、一定増幅度の増幅器１７、１８を介して増幅されて、Ｕ相電機子電流ＩｕおよびＶ相電機子電流Ｉｖが生成される。
【００２１】
また、減算器１２、１３で算出されたＵ相およびＶ相の偏差に基づき、演算器１６においてＷ相電流指令が生成され、これが一定増幅度の増幅器１９を介して増幅されて、Ｗ相電機子電流Ｉｗが生成される。各相の電機子電流Ｉｕ、ＩｖおよびＩｗが各相の電機子巻線４Ｕ、４Ｖ、４Ｗに供給され、回転子２が回転駆動される。
【００２２】
ここで、ホール素子５Ｕ、５Ｖの制御電流Ｉｈは、ホール素子駆動回路１１において、電流指令Ｉｏに比例するように生成される。電流指令Ｉｏが増減すると、それに比例してホール素子５Ｕ、５Ｖの制御電流Ｉｈも増減する。この結果、これらの検出信号Ｓ(５Ｕ)、Ｓ(５Ｖ)の振幅も比例して増減する。なお、電機子電流の極性を逆転するには電流指令を負としてもよいし、指令値はそのままとしてホール素子５Ｕ、５Ｖの制御電流を負に切り替える構成としてもよい。
【００２３】
このように、本例では、各ホール素子５Ｕ、５Ｖの検出信号Ｓ(５Ｕ)、Ｓ(５Ｖ)に基づき生成される各相の電機子電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗは電流指令に比例して増減したものとなる。これは、従来において可変増幅度のアナログ乗算器を介して得られた信号と同一のものである。したがって、一定増幅度の増幅器１７、１８、１９のみを用いて各相の電機子電流を発生させることができる。
【００２４】
なお、磁界の検出は、回転子２の磁界を直接検出してもよいが、回転子２に取り付けた別の永久磁石の磁界を検出するようにしてもよい。また、磁気センサとしてホール素子以外の磁気センサを用いることもできる。さらに、本例は３相の永久磁石同期モータに関するものであるが、３相以外の永久磁石同期モータに対しても本発明を同様に適用可能なことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明を適用した３相の永久磁石同期モータおよび駆動制御装置を示す概略ブロック図である。
【図２】従来の３相の永久磁石同期モータおよび駆動制御装置を示す概略ブロック図である。
【符号の説明】
【００２６】
１    永久磁石同期モータ
２    永久磁石
３    回転子
４Ｕ、４Ｖ、４Ｗ  電機子巻線
５Ｕ、５Ｖ  ホール素子
１０  駆動制御装置
１１  ホール素子駆動回路
１２、１３  減算器
１４、１５  電流センサ
１６  演算器
１７、１８、１９  増幅器
Ｉｈ  制御電流
Ｉｕ、ＩＶ、Ｉｗ  電機子電流
Ｉｏ  電流指令
【図１】
2008228529.tif 000003
【図２】
2008228529.tif 000004