(57)【要約】【課題】  部品点数の削減ができ、高精度部品を必要としない構成にでき、非常に低コストにすることができるモータ駆動電流検出回路を提供すること。【解決手段】  モータ２の正逆回転を切り換えて駆動させるブリッジ回路部１１と、ブリッジ回路部１１の制御を行なう駆動回路部１２及びCPU１０と、ブリッジ回路部１１を介してモータへの電源供給を行う電源３と、第１コイル１３１と第２コイル１３２を有し、コモンモードノイズの低減を行うコモンモードトランス１３と、コモンモードトランス１３における電圧変動からモータの駆動電流を検出するモータ駆動電流検出回路部１４とを備えた。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの正逆回転を切り換えて駆動させるブリッジ回路と、
前記ブリッジ回路の制御を行なうモータ駆動制御部と、
前記ブリッジ回路を介してモータへの電源供給を行う電源部と、
第１のコイル巻線と第２のコイル巻線を有し、コモンモードノイズの低減を行うコモンモードトランスと、
前記コモンモードトランスにおける電位差からモータの駆動電流を検出するモータ駆動電流検出手段と、
を備えた、
ことを特徴とするモータ駆動電流検出回路。
【請求項２】
請求項１に記載のモータ駆動電流測定装置において、
前記コモンモードトランスは、
第１コイルを前記電源部と前記ブリッジ回路の間に設け、
第２コイルを前記ブリッジ回路とグランドの間に設けた、
ことを特徴とするモータ駆動電流検出回路
【請求項３】
請求項２に記載のモータ駆動電流測定装置において、
前記モータ駆動電流検出手段は、
前記第２コイルの前後の電位差からモータの駆動電流を検出する、
ことを特徴とするモータ駆動電流測定装置。
【請求項４】
請求項２に記載のモータ駆動電流測定装置において、
前記電源部から供給される電圧を検出する電源電圧検出手段を設け、
前記第１コイルと前記ブリッジ回路の間と、電源からの供給電圧との電位差からモータの駆動電流を検出する、
ことを特徴とするモータ駆動電流測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ制御やモータ制御の際の過電流を検出するモータ駆動電流検出回路の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
従来では、モータを駆動するＨブリッジ回路の電源電圧側にシャント抵抗器を挿入し、電源電圧変動が発生してもモータ駆動電流検出精度を低下させない差動増幅回路の構成にしている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平１０−７５５９８号公報（第２−１５頁、全図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来のモータ駆動電流検出回路にあっては、モータ駆動電流検出にシャント抵抗を介在させており、高精度、低抵抗、大電流に対応させなくてはならないシャント抵抗はとてもコスト高になっていた。
【０００４】
本発明は、上記問題点に着目してなされたもので、その目的とするところは、部品点数の削減ができ、高精度部品を必要としない構成にでき、非常に低コストにすることができるモータ駆動電流検出回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明では、モータの正逆回転を切り換えて駆動させるブリッジ回路と、前記ブリッジ回路の制御を行なうモータ駆動制御部と、前記ブリッジ回路を介してモータへの電源供給を行う電源部と、第１のコイル巻線と第２のコイル巻線を有し、コモンモードノイズの低減を行うコモンモードトランスと、前記コモンモードトランスにおける電圧変動からモータの駆動電流を検出するモータ駆動電流検出手段とを備えた、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
よって、本発明にあっては、部品点数の削減ができ、高精度部品を必要としない構成にでき、非常に低コストにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明のモータ駆動電流検出回路を実現する実施の形態を、請求項１，２，３に係る発明に対応する実施例１と、請求項１，２，４に係る発明に対応する実施例２とに基づいて説明する。
【実施例１】
【０００８】
まず、構成を説明する。
図１は実施例１のモータ駆動電流検出回路を含むモータ駆動制御回路１のブロック図である。
モータ駆動制御回路１は、CPU１０、ブリッジ回路部１１、駆動回路部１２、コモンモードトランス１３、モータ駆動電流検出回路部１４、モータ駆動電源電圧検出回路部１５、リレー駆動回路部１６、プロテクション回路部１９を主要な構成とし、モータ２を駆動制御する。
【０００９】
CPU１０は、要求情報に対応して、必要なモータ駆動指令値を演算し、駆動回路部１２へ出力する。
ブリッジ回路部１１は、Ｈ型ブリッジ回路であり、各ブリッジ部分にFET１１１〜１１４を設け、対向するFETをONにすることにより、ＤＣモータであるモータ２の正転、逆転を制御する。
駆動回路部１２は、CPU１０からの駆動指令値に従って、ブリッジ回路部１１のFET１１１〜１１４にPWM信号でのON信号を出力する。
【００１０】
コモンモードトランス１３は、第１コイル１３１と第２コイル１３２を鉄心に巻き線して設けたものである。コモンモードトランス１３の第１コイル１３１は、電源３とブリッジ回路部１１の間に接続される。また、第２コイル１３２は、ブリッジ回路部１１とグランドの間に接続される。
【００１１】
図２は実施例１のモータ駆動制御回路１のモータ駆動電流検出回路部１４のブロック図である。
モータ駆動電流検出回路部１４は、ノイズフィルタ部１４１、増幅部１４２、測定フィルタ部１４３からなり、コモンモードトランス１３の第２コイル１３２の上流の電位の変化からモータ２の駆動電流を検出する。
ノイズフィルタ部１４１は、抵抗１４１ａとコンデンサ１４１ｂからなり、高周波ノイズ成分を除去するフィルタである。
【００１２】
増幅部１４２は、抵抗１４２ｂを負帰還とするオペアンプ１４２ａと、抵抗１４２ｃ、１４２ｄからなり、ノイズ除去後の検出信号の増幅を行う。
測定フィルタ部１４３は、負帰還を有するオペアンプ１４３ａと、抵抗１４３ｃ，１４３ｄ、コンデンサ１４３ｂ，１４３ｅからなり、増幅後の検出信号に対し高周波のノイズ成分の除去を行って、検出レベル信号を出力するフィルタである。
【００１３】
モータ駆動電源電圧検出回路部１５は、電源３からの供給電圧を検出し、CPU１０へ出力する。
リレー駆動回路部１６は、CPU１０又はウォッチドッグ回路部１８からの指令信号によりモータ２への電源供給のオン、オフを行うようリレー１７を駆動する。
ウォッチドッグ回路部１８は、CPU１０からの制御プログラム出力を監視し、CPU１０が正常に動作していることを確認する。また、ウォッチドッグ回路部１８はリセット回路を兼ね、異常を検出した際には、CPU１０及びリレー駆動回路部１６へリセット信号を出力する。
プロテクション回路部１９は、CPU１０からの駆動指令値出力を監視し、正常な駆動指令値であることを確認する。異常を検出した場合には、CPU１０に対し異常検出信号を出力する。
【００１４】
次に作用について説明する。
[モータ駆動電流の検出作用]
実施例１では、CPU１０はモータ２の駆動指令値の演算に検出したモータ駆動電流を用いている。つまり、駆動指令値の出力に対するモータ２の出力を、力として取り扱える駆動電流でリターンしてフィードバック制御を行なっている。
まず、モータ２の駆動状態を、図３を参照して説明する。
図３は実施例１のモータ駆動制御回路１によりモータ２を駆動させている状態を示す説明図である。
【００１５】
CPU１０からの駆動指令値は、駆動回路部１２によりPWM信号として、出力される。この場合には、FET１１２，１１３へ出力される。
すると、FET１１２，１１３がＯＮとなり、図３に示す経路で通電が行われ、モータ２が駆動する。その際には、コモンモードトランス１３の第１コイル１３１、第２コイル１３２が通電される。
この第２コイル１３２では、この経路において、モータ２の駆動電流に比例した電位が生じることになる。
実施例１のモータ駆動電流検出回路部１４では、第２コイル１３２の上流のグランドに対する電位を検出する（図３参照）。
【００１６】
具体的には、この位置で得る信号を、ノイズフィルタ部１４１で高周波ノイズの除去を行い、増幅部１４２で増幅し、測定フィルタ部１４３でさらに高周波ノイズの除去を行いグランドに対する電位レベル信号にしてCPU１０で検出する。
この電位レベル信号、つまり、モータ駆動電流の測定点での検出電圧は、図４に示すようにモータ駆動電流に比例することから、CPU１０では、モータ駆動電流としての検出値を得る。
これにより、CPU１０は駆動指令値に対する実際の出力値のリターンを得て、フィードバック制御を行う。
また、モータ駆動電源電圧検出回路部１５で電源電圧が検出されるため、電源電圧の変化に応じて、検出値の補正を行えばよい。
【００１７】
ここで、コモンモードトランス１３は、鉄心にコイルが巻き線されている安価な構造であり、コモンモードノイズ対策や変圧等に用いられるため広く普及し安価である。実施例１では、このコモンモードトランスの巻線の抵抗成分を用いるため、従来のシャント抵抗を用いたものと比較して、非常にコストを抑制したモータ駆動電流検出回路となる。
【００１８】
[コモンモードノイズの除去作用]
コモンモードノイズは、回路上の信号ラインもしくは電源ラインの間で発生するノイズと異なり、信号ライン又は電源ラインとグランドの間で発生するノイズである。
具体的には、モータ２やモータ駆動電源用配線が発生する輻射ノイズである。
実施例１では、コモンモードトランス１３の第１コイル１３１により電源とモータ２の間のノイズが低減、除去され、第２コイル１３２によりグランドとモータ２の間のノイズが低減、除去される。これにより信号ラインとグランド間のノイズ、電源ラインとグランド間のノイズの両方が抑制され、コモンモードノイズが低減、除去される。
【００１９】
次に、効果を説明する。
実施例１のモータ駆動電流検出回路にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
(1)モータ２の正逆回転を切り換えて駆動させるブリッジ回路部１１と、ブリッジ回路部１１の制御を行なう駆動回路部１２及びCPU１０と、ブリッジ回路部１１を介してモータへの電源供給を行う電源３と、第１コイル１３１と第２コイル１３２を有し、コモンモードノイズの低減を行うコモンモードトランス１３と、コモンモードトランス１３における電圧変動からモータの駆動電流を検出するモータ駆動電流検出回路部１４とを備えたため、部品点数の削減ができ、高精度部品を必要としない構成にでき、非常に低コストにすることができる。さらに、コモンモードノイズを低減除去しつつ、低コストでモータ駆動電流の検出を行うことができる。
【００２０】
(2)コモンモードトランス１３は、第１コイル１３１を電源３とブリッジ回路部１１の間に設け、第２コイル１３２をブリッジ回路部１１とグランドの間に設けたため、第１コイル１３１により電源供給ラインとグランド間のノイズを低減除去し、第２コイル１３２により信号ラインとグランド間のノイズを低減除去し、つつ、コイルの抵抗成分によりモータ駆動電流に比例する電位を検出し、コモンモードノイズを低減除去しつつ、低コストでモータ駆動電流の検出を行うことができる。
【００２１】
(3)モータ駆動電流検出回路部１４は、第２コイル１３２の前後の電圧からモータの駆動電流を検出するため、第２コイル１３２の抵抗成分によりモータ駆動電流に比例する電位を検出し、コモンモードノイズを低減除去しつつ、低コストでモータ駆動電流の検出を行うことができる。
【実施例２】
【００２２】
実施例２は、第１コイルとブリッジ回路の間と、電源からの供給電圧との電位差からモータの駆動電流を検出する例である。
図５は実施例２のモータ駆動電流検出回路を含むモータ駆動制御回路１のブロック図である。
実施例２では、モータ駆動制御回路１において、モータ駆動電流検出回路部２０は、コモンモードトランス１３の第１コイル１３１とリレー１７の間に接続し、この位置の電位を検出する。
図６は実施例２のモータ駆動制御回路１のモータ駆動電流検出回路部２０のブロック図である。
モータ駆動電流検出回路部２０は、ノイズフィルタ部２０１、反転増幅部２０２、測定フィルタ部２０３からなり、コモンモードトランス１３の第１コイル１３１の下流の電位の変化を検出する。
ノイズフィルタ部２０１は、抵抗２０１ａとコンデンサ２０１ｂからなり、高周波ノイズ成分を除去するフィルタである。
【００２３】
反転増幅部２０２は、抵抗２０２ｂを負帰還とするオペアンプ２０２ａと、抵抗２０２ｃからなり、ノイズ除去後の検出信号の反転増幅を行う。
測定フィルタ部２０３は、負帰還を有するオペアンプ２０３ａと、抵抗２０３ｃ，２０３ｄ、コンデンサ２０３ｂ，２０３ｅからなり、反転増幅後の検出信号に対し高周波のノイズ成分の除去を行って、検出レベル信号を出力するフィルタである。
【００２４】
モータ駆動電源電圧検出回路部１５は、抵抗１５１，１５２からなり、電源３からの供給電圧を検出し、CPU１０へ出力する。
なお、実施例２においては、CPU１０は、A/Dコンバータを内蔵しているものとし、モータ駆動電流検出回路部２０及びモータ駆動電源電圧検出回路部１５の出力を、このA/Dコンバータへ入力する。
その他構成は、実施例１と同様であるため、説明を省略する。
【００２５】
作用を説明する。
[モータ駆動電流の検出作用]
図７は実施例２のモータ駆動制御回路１によりモータ２を駆動させている状態を示す説明図である。
【００２６】
CPU１０からの駆動指令値は、駆動回路部１２によりPWM信号として、出力される。この場合には、FET１１２，１１３へ出力される。
すると、FET１１２，１１３がＯＮとなり、図７に示す経路で通電が行われ、モータ２が駆動する。その際には、コモンモードトランス１３の第１コイル１３１、第２コイル１３２が通電される。
この第１コイル１３１では、モータ２の駆動電流に比例した電位が生じることになる。
実施例２のモータ駆動電流検出回路部２０では、第１コイル１３１の上流の電位を検出する（図７参照）。
【００２７】
具体的には、この位置で得る信号を、ノイズフィルタ部２０１で高周波ノイズの除去を行い、反転増幅部２０２で反転増幅し、測定フィルタ部２０３でさらに高周波ノイズの除去を行いグランドに対する電位レベル信号にしてCPU１０で検出する。
CPU１０では、このモータ駆動電流検出回路部２０の出力と、モータ駆動電源電圧検出回路部１５の出力との差分を演算することにより、コモンモードトランス１３の第１コイル１３１の前後の電位差を検出する。
この電位レベル信号、つまり、モータ駆動電流の測定点での検出電圧は、図４に示すものと同様にモータ駆動電流に比例することから、CPU１０では、モータ駆動電流としての検出値を得る。
これにより、CPU１０は駆動指令値に対する実際の出力値のリターンを得て、フィードバック制御を行う。
【００２８】
このように、コモンモードトランス１３の第１コイル１３１側で検出するようにしてもよい。また、CPU１０が、１チップマイコンとしてA/Dコンバータを有する構成にして、A/D入力をソフトウェアで差分を演算して電流値を得るようにすれば、差動増幅の回路部分の高精度抵抗並びにアンプ性能を普及品で構成できるため、低コストとなる。
【００２９】
次に、効果を説明する。
実施例２のモータ駆動電流検出回路にあっては、上記(1),(2)の効果に加え、下記の効果を得ることができる。
【００３０】
(4)電源３から供給される電圧を検出するモータ駆動電源電圧検出回路部１５を設け、第１コイル１３１とブリッジ回路部１１の間と、電源３からの供給電圧との電位差からモータの駆動電流を検出するため、第１コイル１３１の抵抗成分によりモータ駆動電流に比例する電位を検出し、コモンモードノイズを低減除去しつつ、低コストでモータ駆動電流の検出を行うことができる。
【００３１】
以上、本発明のモータ駆動電流検出回路を実施例１，実施例２に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
【００３２】
実施例のモータ駆動電流検出回路はモータ駆動制御回路１に含まれるよう構成されている。このモータ駆動制御回路１は、モータにより人の操作などに力のアシストを行うアシスト機器へ応用すると有利である。その場合には、フィードバック制御において、アシストする力を目標にできる。なぜならば、モータ駆動電流検出回路により、モータ駆動電流が検出され、モータ駆動電流はモータ２の出力トルクに比例するからである。フィードバック制御において、目標と結果の両方を力として処理できることは、制御演算上、非常に良好な制御を得やすくなる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本願のモータ駆動電流検出回路は、モータの駆動電流以外であっても、電流検出への利用は容易である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】実施例１のモータ駆動電流検出回路を含むモータ制御回路のブロック図である。
【図２】実施例１のモータ制御回路のモータ駆動電流検出回路部のブロック図である。
【図３】実施例１のモータ駆動制御回路によりモータを駆動させている状態を示す説明図である。
【図４】実施例１のモータ駆動電流検出回路における検出電圧とモータ駆動電流の関係を示すグラフ図である。
【図５】実施例２のモータ駆動電流検出回路を含むモータ制御回路のブロック図である。
【図６】実施例２のモータ制御回路のモータ駆動電流検出回路部のブロック図である。
【図７】実施例２のモータ駆動制御回路によりモータを駆動させている状態を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  モータ駆動制御回路
２  モータ
３  電源
１０  CPU
１１  ブリッジ回路部
１２  駆動回路部
１３  コモンモードトランス
１３１  第１コイル
１３２  第２コイル
１４  モータ駆動電流検出回路部
１４１  ノイズフィルタ部
１４１ａ  抵抗
１４１ｂ  コンデンサ
１４２  増幅部
１４２ａ  オペアンプ
１４２ｂ  抵抗
１４２ｃ  抵抗
１４３  測定フィルタ部
１４３ａ  オペアンプ
１４３ｂ  コンデンサ
１４３ｃ  抵抗
１４３ｄ  抵抗
１４３ｅ  コンデンサ
１５  モータ駆動電源電圧検出回路部
１５１  抵抗
１５２  抵抗
１６  リレー駆動回路部
１７  リレー
１８  ウォッチドッグ回路部
１９  プロテクション回路部
２０  モータ駆動電流検出回路部
２０１  ノイズフィルタ部
２０１ａ  抵抗
２０１ｂ  コンデンサ
２０２  反転増幅部
２０２ａ  オペアンプ
２０２ｂ  抵抗
２０２ｃ  抵抗
２０３  測定フィルタ部
２０３ａ  オペアンプ
２０３ｂ  コンデンサ
２０３ｃ  抵抗
２０３ｄ  抵抗
２０３ｅ  コンデンサ
【図１】
2007074814.tif 000003
【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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