(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる３つの相コイルを有する３相モータの制御装置であって、
前記相コイルのいずれか１つに流れる電流を検出する第１電流検出手段と、
前記第１電流検出手段とは異なる相コイルのいずれかに流れる電流を検出する第２電流検出手段と、
前記第１電流検出手段にて検出した電流を電圧に変換する第１電圧変換手段と、
前記第２電流検出手段にて検出した電流を電圧に変換する第２電圧変換手段と、
前記第１電圧変換手段にて変換された電圧と前記第２電圧変換手段にて変換された電圧との加算値に基づいて、前記第１電流検出手段も前記第２検出手段も検出していない相コイルの電圧を算出する演算手段とを備え、
前記第１電流検出手段と第２電流検出手段のいずれか一方によって検出された電流が、他方によって検出された電流に対して正負の極性が逆となるように構成されており、
前記第１電圧変換手段と第２電圧変換手段のいずれか一方によって変換された電圧が、他方によって変換された電圧に対して正負の極性が逆となるように構成されている、
ことを特徴とする３相モータの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに異なる３つの相コイルを有する３相モータの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、Ｕ相コイルとＶ相コイルとＷ相コイルの互いに異なる３つの相コイルを有する３相モータが、産業ロボット等の種々の用途で使用されている。そして当該３相モータを制御する種々の制御装置が提案されている。
例えば特許文献１に記載された従来技術では、固定子の相コイルと回転子の磁極との相対的な位置関係を検出する位置検出手段と、位置検出手段からの出力に従って所定の相コイルに電流が流れるように供給電流を切換える電流切換手段と、相コイルに直列に接続されて相コイルへの供給電流を予め定められた値に制御する電流制御手段と、電流制御手段に加わる電圧を検出して当該電圧が所定電圧となるように電流制御手段と相コイルとの直列回路に印加する電圧を制御する印加電圧制御手段とを備えたブラシレスモータの駆動回路が提案されている。これにより、ハードディスクドライブ用のスピンドルモータの駆動回路として最適な、低消費電力で、モータ回転時の電磁ノイズ機械的雑音を小さくすることができ、スナバ回路のキャパシタ容量値を小さくあるいはスナバ回路自体を省略することが可能であり、安価かつ実装面積の小さなブラシレスモータの駆動回路が提案されている。
また特許文献２に記載された従来技術では、一次電流指令値とすべり角周波数と磁束の位相変化量とを求めるベクトル演算部と、一次角周波数算出部と、パルス信号発生部と、パルス信号発生部の出力パルス信号を分周する分周部と、Ｕ、Ｖ相の正弦波信号のデータが格納されたデータテーブルと、一次電流波形出力部と、Ｕ、Ｖ相の一次電流指令値を求める乗算部と、３相の電圧指令値を求める相電圧演算部と、ＰＷＭ制御部とを備えた誘導電動機のベクトル制御装置が提案されている。これにより、高速なトルク応答性が得られるとともに、広い周波数範囲で高精度の速度制御が行うことができる誘導電動機のベクトル制御装置が提案されている。
【特許文献１】特開平６−１６５５７６号公報
【特許文献２】特公平７−５９１５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１に記載された従来技術では、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルの３相コイルの全てに逆起電圧を検出する回路（特許文献１の図１におけるダイオードＤ１〜Ｄ３、ＯＰアンプ５〜７）が設けられており、スペース及びコストが増大する。「Ｕ相コイルに流入する電流ｉｕ」＋「Ｖ相コイルに流入する電流ｉｖ」＋「Ｗ相コイルに流入する電流ｉｗ」＝０であることより、一般的にはＷ相コイルについては検出回路を省略している。
また特許文献２に記載された従来技術では、特許文献２の図１にて、Ｗ相コイルの検出回路を省略し、Ｕ相コイルに流入する電流ｉｕとＶ相コイルに流入する電流ｉｖとからＷ相コイルに流入する電流を演算する構成が示されている。この場合、Ｗ相コイルに流入する電流をｉｗとすると、ｉｗ＝−（ｉｕ＋ｉｖ）と表すことができる。更に特許文献２の図１では、電流ｉｕが入力された電流制御アンプ２９では電流を電圧Ｖｕに変換し、電流ｉｖが入力された電流制御アンプ３０では電流を電圧Ｖｖに変換している。そしてＷ相コイルの電流に相当する電圧を示すＶｗを−（Ｖｕ＋Ｖｖ）として反転アンプ３２にて演算させている。この特許文献２の図１に示されている回路構成の場合、変換器２６にて検出された電流ｉｕが電流制御アンプ２９に伝達される経路中に重畳したノイズ成分が有ると、電圧Ｖｕの実際の電圧Ｖｕ´は、Ｖｕ´＝Ｖｕ＋Ｖｎ（Ｖｎ：ノイズ成分に起因する電圧）と表すことができる。同様に変換器２８にて検出された電流ｉｖが電流制御アンプ３０に伝達される経路中に重畳したノイズ成分が有ると、電圧Ｖｖの実際の電圧Ｖｖ´は、Ｖｖ´＝Ｖｖ＋Ｖｎと表すことができる。そしてこれらＶｕ´とＶｖ´を用いて実際の電圧Ｖｗ´を演算すると、Ｖｗ´＝−（Ｖｕ´＋Ｖｖ´）＝−Ｖｕ−Ｖｎ−Ｖｖ−Ｖｎ＝−（Ｖｕ＋Ｖｖ）−２Ｖｎとなり、ノイズ成分Ｖｎが２倍に増幅されてＷ相コイルの電圧Ｖｗに反映され、制御精度に大きな影響を与えている。
この様子を、図２を用いて電圧波形に示す。図２（Ａ）は、電圧Ｖｕ、電圧Ｖｖ、電圧Ｖｗの理想波形である。
これに対して図２（Ｂ）は電圧Ｖｕの実際の電圧Ｖｕ´の電圧波形（Ｕ相コイルから検出した電流を電圧に変換した結果）を示しており、あるタイミングでノイズＮが重畳し、当該位置にノイズ成分＋Ｖｎが重畳している様子を示している。
また図２（Ｃ）は電圧Ｖｖの実際の電圧Ｖｖ´の電圧波形（Ｖ相コイルから検出した電流を電圧に変換した結果）を示しており、図２（Ｂ）に示したノイズＮと同じタイミングでノイズＮが重畳し、当該位置にノイズ成分＋Ｖｎが重畳している様子を示している。
そして図２（Ｄ）は電圧Ｖｗの実際の電圧Ｖｗ´の電圧波形を示している。Ｖｗ´は、−（Ｖｕ´＋Ｖｖ´）の演算結果で求めるため、Ｖｕ´のノイズ成分＋ＶｎとＶｖ´のノイズ成分＋Ｖｎとが２倍に増幅されて負方向に２＊（−Ｖｎ）のノイズ成分が現れる。このノイズが制御精度に大きな影響を与えている。
【０００４】
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、３つの相コイルを有する３相モータにおける２つの相コイルに供給されている電流を検出して、残りの１つの相コイルに供給されている電流を演算で求める場合において、当該残りの１つの相コイルに供給されている電流を、より精度よく求めることが可能な３相モータの制御装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するための手段として、本発明の第１発明は、請求項１に記載されたとおりの３相モータの制御装置である。
請求項１に記載の３相モータの制御装置は、互いに異なる３つの相コイルを有する３相モータの制御装置である。
前記制御装置は、前記相コイルのいずれか１つに流れる電流の方向と大きさを検出する第１電流検出手段と、前記第１電流検出手段とは異なる相コイルのいずれかに流れる電流の方向と大きさを検出する第２電流検出手段と、前記第１電流検出手段にて検出した電流を電圧に変換する第１電圧変換手段と、前記第２電流検出手段にて検出した電流を電圧に変換する第２電圧変換手段と、前記第１電圧変換手段にて変換された電圧と前記第２電圧変換手段にて変換された電圧との加算値に基づいて、前記第１電流検出手段も前記第２検出手段も検出していない相コイルの電圧を算出する演算手段とを備える。
そして、前記第１電流検出手段と第２電流検出手段のいずれか一方によって検出された電流が、他方によって検出された電流に対して正負の極性が逆となるように構成されており、前記第１電圧変換手段と第２電圧変換手段のいずれか一方によって変換された電圧が、他方によって変換された電圧に対して正負の極性が逆となるように構成されている。
【発明の効果】
【０００６】
請求項１に記載の３相モータの制御装置を用いれば、例えば図１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように第２電流検出手段によって検出された電流が第１電流検出手段によって検出された電流に対して正負の極性が逆となるように構成し、第２電圧変換手段にて変換された電圧が第１電圧変換手段にて変換された電圧に対して正負の極性が逆となるように構成する（この場合、第１電圧変換手段の構成は、図６（Ｂ）と同様の構成である）。
この場合、図３の電圧波形に示すように実際のＵ相コイルの電圧波形Ｖｕ´［＝Ｖｕ（理想波形）＋Ｖｎ（ノイズ成分であり、パルス状ノイズＮが正方向に重畳）］と、実際のＶ相コイルの電圧波形Ｖｖ´を反転した電圧波形Ｖｖ´´［＝Ｖｖ（理想波形）−Ｖｎ（ノイズ成分であり、パルス状ノイズＮが負方向に重畳）］を得ることができる。
そしてＷ相コイルの電圧波形Ｖｗ´は、Ｖｗ´＝−（Ｖｕ´＋Ｖｖ´´）＝−（Ｖｕ＋Ｖｎ＋Ｖｖ−Ｖｎ）＝−（Ｖｕ＋Ｖｖ）より求めることが可能であり、Ｖ相コイルの電圧波形を反転させる（正負の極性を逆にする）ことで、ノイズ成分Ｖｎを相殺させている。
これにより、実際の電流を検出することなく他の相コイルからの検出値に基づいて演算にて求める１つの相コイルの電流（電圧から換算可能）を、より精度よく求めることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下に本発明を実施するための最良の形態を図面を用いて説明する。
図１（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の制御装置１の一実施の形態の構成の例を示しており、図６（Ａ）及び（Ｂ）は従来の制御装置１００の構成の例を示している。
●［制御装置１の構成（図１）］
図１（Ａ）に示す本発明の制御装置１（３相モータの制御装置）は、互いに異なる３つの相コイル（Ｕ相コイルＣｕ、Ｖ相コイルＣｖ、Ｗ相コイルＣｗ）を有する３相モータＭを制御する制御装置である。
制御装置１は、３つの相コイルに供給する各々の電流を求める演算手段１０（例えばＣＰＵ）と、演算手段１０からの信号に基づいて３つの相コイルに各々の電流を供給する電流出力手段２０（例えばＰＷＭインバータ）と、相コイルのいずれか１つ（この場合、Ｕ相コイルＣｕ）に流れる電流の方向と大きさを検出する第１電流検出手段３０ｕ（例えば電流センサ）と、第１電流検出手段３０ｕとは異なる相コイルのいずれか（この場合、Ｖ相コイルＣｖ）に流れる電流の方向と大きさを検出する第２電流検出手段３０ｖ（例えば電流センサ）と、第１電流検出手段３０ｕにて検出した電流を電圧に変換する第１電圧変換手段Ａｕ（例えば演算増幅器）と、第２電流検出手段３０ｖにて検出した電流を電圧に変換する第２電圧変換手段ＡｖＣ（例えば演算増幅器）とを備えている。
なお、本発明の制御装置１を示す図１（Ａ）、及び従来の制御装置１００を示す図６（Ａ）の例では、演算手段１０はＡＤコンバータ４０を介して、第１電圧変換手段Ａｕから出力される電圧Ｖｕ´をデジタル値に変換して取り込み、第２電圧変換手段ＡｖＣから出力される電圧Ｖｕ´´（図６（Ａ）の例では電圧変換手段Ａｖから出力される電圧Ｖｖ´）をデジタル値に変換して取り込む例を示しているが、ＡＤコンバータ４０は演算手段１０内に備えていてもよい。
また、（制御）指令値は演算手段１０にて求めてもよいし、外部の装置にて求めた指令値を演算手段１０に入力してもよい（図示省略）。
【０００８】
図１（Ａ）に示す演算手段１０は、第１電圧変換手段Ａｕにて変換された電圧Ｖｕ´と、第２電圧変換手段ＡｖＣにて変換された電圧Ｖｖ´´との加算値に基づいて、第１電流検出手段３０ｕも第２電流検出手段３０ｖも検出していない相コイル（この場合、Ｗ相コイルＣｗ）の電圧を算出する。
Ｕ相コイルＣｕ、Ｖ相コイルＣｖ、Ｗ相コイルＣｗは、点Ｐにて接続されているため、Ｕ相コイルに供給される電流ＩｕとＶ相コイルに供給される電流ＩｖとＷ相コイルに供給される電流Ｉｗとの総和はゼロになる（Ｉｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗ＝０）。従って、共通の係数Ａで各電流を電圧に変換すると、Ｕ相コイルに供給されている電流から求めた電圧ＶｕはＡ＊Ｉｕで表すことができ、Ｖ相コイルに供給されている電流から求めた電圧ＶｖはＡ＊Ｉｖで表すことができ、Ｗ相コイルに供給されている電流から求めた電圧ＶｗはＡ＊Ｉｗで表すことができる。この場合、Ｖｕ＋Ｖｖ＋Ｖｗ＝０であるので、ＶｕとＶｖを検出すれば、演算にてＶｗを求めることができる（Ｖｗ＝−（Ｖｕ＋Ｖｖ））。
【０００９】
本発明の制御装置１の特徴は、第１電流検出手段３０ｕ及び第２電流検出手段３０ｖにて検出される電流の一方の正負の極性を反転させて、更に第１電圧変換手段Ａｕ及び第２電圧変換手段ＡｖＣの一方にて再度正負の極性を反転させた電圧を求める点である。図１（Ａ）及び（Ｂ）は、第２電流変換手段３０ｕにて検出される電流を第１電流変換手段３０ｖにて検出される電流に対して正負の極性を反転させて、第２電圧変換手段ＡｖＣにて変換された電圧を第１電圧変換手段Ａｕにて変換された電圧に対して正負の極性を反転させる例を示している。この場合、演算手段１０にて算出されるＷ相コイルＣｗの電圧Ｖｗ＝−（Ｖｕ＋Ｖｖ）となる。
なお、第２電流検出手段３０ｖにて検出される電流を反転させて、第２電圧変換手段ＡｖＣでなく第１電圧変換手段Ａｕにて変換される電圧を反転させてもよい（図示省略）。この場合、上記に対して電圧Ｖｕと電圧Ｖｖの双方の極性が逆になるので、演算手段１０にて算出されるＷ相コイルＣｗの電圧Ｖｗ＝−（−Ｖｕ−Ｖｖ）＝Ｖｕ＋Ｖｖとなる。
このように、第１電流検出手段３０ｕと第２電流検出手段３０ｖのいずれか一方によって検出された電流が、他方によって検出された電流に対して正負の極性が逆となるように構成し、更に、第１電圧変換手段Ａｕと第２電圧変換手段ＡｖＣのいずれか一方によって変換された電圧が、他方によって変換された電圧に対して正負の極性が逆となるように構成する。
【００１０】
また、図１（Ａ）に示す本実施の形態の制御装置１と、図６（Ａ）に示す従来の制御装置１００では、同一の構成要素には同一符号を付与している。
この例では、どちらも第２電流検出手段３０ｖそのものは同一であるが、図１（Ａ）に示す本実施の形態では、図６（Ａ）に示す従来に対して信号取り出し用の配線Ｌｉｖの接続を逆にすることで検出電流の正負の極性を逆にしている。これにより、図６（Ａ）に示す従来では第２電流検出手段３０ｖの検出電流ｉｕが第２電圧変換手段Ａｖに向かって流れていたが、図１（Ａ）に示す本実施の形態では第２電流検出手段３０ｖの検出電流ｉｕが第２電流検出手段３０ｖに向かって流れる方向に変えられている（正負の極性が逆となるように構成している）。
【００１１】
そして図１（Ａ）に示す本実施の形態では、第２電圧変換手段ＡｖＣにて第２電流検出手段３０ｖによって検出された電流の正負の極性を反転させて電圧に変換、あるいは第２電圧変換手段ＡｖＣにて変換した電圧の正負の極性を反転させる。
図６（Ｂ）に、従来の第２電圧変換手段Ａｖの構成の例を示す。配線Ｌｉｖに抵抗Ｒを接続し、抵抗Ｒの両端の電圧Ｖｖ´を取り出す。なお、この構成は、図６（Ａ）及び図１（Ａ）に示す第１電圧変換手段Ａｕも同様である。
これに対して図１（Ｂ）の左図に示す本実施の形態では、入力された電流の正負の極性を反転させて電圧Ｖｖ´´に変換する例を示しており、配線Ｌｉｖの抵抗Ｒへの接続先を変更している。これにより、正負の極性を反転させた電流ｉｖを、再度正負の極性を反転させて元に戻している。
また図１（Ｂ）の右図に示す本実施の形態では、入力された電流から変換した電圧の正負の極性を反転させる例を示しており、抵抗Ｒに接続された演算増幅器の出力を反転させている。これにより、正負の極性を反転させた電流ｉｖから変換した電圧を、再度正負の極性を反転させて元に戻している。
【００１２】
●［本発明の効果１（ノイズの相殺（図２、図３））］
図２は従来の制御装置１００（図６（Ａ）参照）による、第１電流検出手段３０ｕにて検出した電流に基づいたＵ相コイルの電圧Ｖｕ´（図２（Ｂ））と、第２電流検出手段３０ｖにて検出した電流に基づいたＶ相コイルの電圧Ｖｖ´（図２（Ｃ））と、電圧Ｖｕ´と電圧Ｖｖ´とから演算にて求めたＷ相コイルの電圧Ｖｗ´（図２（Ｄ）であり、Ｖｗ´＝−（Ｖｕ´＋Ｖｖ´））の例を示している。なお、図２（Ａ）は電圧Ｖｕ、電圧Ｖｖ、電圧Ｖｗの理想的な電圧波形の例を示している。
この場合、制御装置１００の配線Ｌｉｖ及びＬｉｕの双方に重畳したノイズＮ（＋Ｖｎのノイズ）が、電圧Ｖｕ´と電圧Ｖｖ´の双方に重畳している。この電圧Ｖｕ´と電圧Ｖｖ´とを用いて電圧Ｖｗ´を演算すると、ノイズＮの影響が増幅される（２＊（−Ｖｎ）のノイズが現れる）結果となる。
【００１３】
図３に、本実施の形態における制御装置１（図１（Ａ）参照）による、第１電流検出手段３０ｕにて検出した電流に基づいたＵ相コイルの電圧Ｖｕ´（図３（Ｂ））と、第２電流検出手段３０ｖにて検出した電流に基づいたＶ相コイルの電圧Ｖｖ´´（図３（Ｃ））と、電圧Ｖｕ´と電圧Ｖｖ´´とから演算にて求めたＷ相コイルの電圧Ｖｗ´（図３（Ｄ）であり、Ｖｗ´＝−（Ｖｕ´＋Ｖｖ´´））の例を示す。なお、図３（Ａ）は電圧Ｖｕ、電圧Ｖｖ、電圧Ｖｗの理想的な電圧波形の例を示している。
この場合、Ｕ相コイルの電圧Ｖｕ´（図３（Ｂ））は、従来（図２（Ｂ））と同様であるが、Ｖ相コイルの電圧Ｖｖ´´（図３（Ｃ））は、反転を行うことで、ノイズＮが逆方向（−Ｖｎ）に現れる。これにより、Ｖｕ´＋Ｖｖ´´にてノイズＮが相殺され、演算により求めたＷ相コイルの電圧Ｖｗ´にはノイズＮの影響が現れない。
【００１４】
●［本発明の効果２（電圧ドリフトの相殺（図４、図５））］
図４は従来の制御装置１００（図６（Ａ）参照）による、第１電流検出手段３０ｕにて検出した電流に基づいたＵ相コイルの電圧Ｖｕ´（図４（Ｂ））と、第２電流検出手段３０ｖにて検出した電流に基づいたＶ相コイルの電圧Ｖｖ´（図４（Ｃ））と、電圧Ｖｕ´と電圧Ｖｖ´とから演算にて求めたＷ相コイルの電圧Ｖｗ´（図４（Ｄ）であり、Ｖｗ´＝−（Ｖｕ´＋Ｖｖ´））の例を示している。なお、図４（Ａ）は電圧Ｖｕ、電圧Ｖｖ、電圧Ｖｗの理想的な電圧波形の例を示している。
この場合、基準ＧＮＤの浮きや電圧変換手段のオフセット誤差等による電圧ドリフト（＋ΔＶのドリフト）が、電圧Ｖｕ´と電圧Ｖｖ´の双方に発生している。この電圧Ｖｕ´と電圧Ｖｖ´とを用いて電圧Ｖｗ´を演算すると、電圧ドリフトの影響が増幅される（２＊（−ΔＶ）のドリフトが現れる）結果となる。
【００１５】
図５に、本実施の形態における制御装置１（図１（Ａ）参照）による、第１電流検出手段３０ｕにて検出した電流に基づいたＵ相コイルの電圧Ｖｕ´（図５（Ｂ））と、第２電流検出手段３０ｖにて検出した電流に基づいたＶ相コイルの電圧Ｖｖ´´（図５（Ｃ））と、電圧Ｖｕ´と電圧Ｖｖ´´とから演算にて求めたＷ相コイルの電圧Ｖｗ´（図５（Ｄ）であり、Ｖｗ´＝−（Ｖｕ´＋Ｖｖ´´））の例を示す。なお、図５（Ａ）は電圧Ｖｕ、電圧Ｖｖ、電圧Ｖｗの理想的な電圧波形の例を示している。
この場合、Ｕ相コイルの電圧Ｖｕ´（図５（Ｂ））は、従来（図４（Ｂ））と同様であるが、Ｖ相コイルの電圧Ｖｖ´´（図５（Ｃ））は、反転を行うことで、電圧ドリフトが逆方向（−ΔＶ）に現れる。これにより、Ｖｕ´＋Ｖｖ´´にて電圧ドリフトが相殺され、演算により求めたＷ相コイルの電圧Ｖｗ´には電圧ドリフト（ΔＶ）の影響が現れない。
【００１６】
本発明の制御装置１（３相モータの制御装置）は、本実施の形態で説明した構成、処理、接続等に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００１７】
本発明の制御装置１（３相モータの制御装置）は、産業ロボット等、３相モータを用いた種々の装置やシステムの制御装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の制御装置１の一実施の形態の構成を説明する図である。
【図２】従来の制御装置１００による電圧Ｖｕ´、電圧Ｖｖ´、電圧Ｖｗ´の波形を説明する図である。
【図３】本発明の制御装置１による電圧Ｖｕ´、電圧Ｖｖ´´、電圧Ｖｗ´の波形を説明する図である。
【図４】従来の制御装置１００による電圧Ｖｕ´、電圧Ｖｖ´、電圧Ｖｗ´の波形を説明する図である。
【図５】本発明の制御装置１による電圧Ｖｕ´、電圧Ｖｖ´´、電圧Ｖｗ´の波形を説明する図である。
【図６】従来の制御装置１００の構成を説明する図である。
【符号の説明】
【００１９】
１        制御装置
１０      演算手段
２０      電流出力手段
３０ｕ    第１電流検出手段
３０ｖ    第２電流検出手段
Ａｕ      第１電圧変換手段
ＡｖＣ    第２電圧変換手段
Ｌｉｕ、Ｌｉｖ    配線
Ｍ        ３相モータ
Ｃｕ      Ｕ相コイル
Ｃｖ      Ｖ相コイル
Ｃｗ      Ｗ相コイル
Ｒ        抵抗
【図１】
0004762779.tif 000002
【図２】
0004762779.tif 000003
【図３】
0004762779.tif 000004
【図４】
0004762779.tif 000005
【図５】
0004762779.tif 000006
【図６】
0004762779.tif 000007