(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻線に高周波電源が供給される可変磁気抵抗形位置検出器と、復調器とにより、回転子の位置を検出して、モータの位置制御を行うモータ制御装置において、
前記位置検出器を４個の第１ないし第４の位置検出コイルから構成し、該第１、第２の位置検出コイルと、該第３、第４の位置検出コイルとが、それぞれ直列に接続されたものを、互いに並列に接続して、ブリッジ回路を形成し、その両端に、接地に対して正側と負側の両側に構成された高周波電源を印加して、前記第１、第２の位置検出コイルと、前記第３、第４の位置検出コイルのそれぞれの中点から、前記回転子の位置検出信号を出力させ、
感温スイッチを、前記モータの本体内に配設するとともに、前記高周波電源の片側の出力端子と、前記位置検出器の前記高周波電源が入力される前記両端の一方の端子との間に直列に接続して、
前記制御装置により前記モータの位置を制御しながら、前記感温スイッチの作動を前記位置検出器からの前記位置検出信号のレベルの変化を基に感知し、該モータの過熱を保護することを特徴とする可変磁気抵抗形位置検出器と感温スイッチを用いるモータ制御装置。
【請求項２】
前記モータは、内側に向かって放射状に等ピッチ角で配設された複数個の突極を有する固定子と、該突極のそれぞれに回巻したモータ巻線部と、前記固定子の内周面と空隙を介して前記突極に対向するように配設され、その極性が外周面に沿って交互に繰り返される複数個の永久磁石を有し、かつ回動自在に支持された回転子とからなり、
前記可変磁気抵抗形位置検出器は、２組の検出コイル回路を有し、一方の前記検出コイル回路は、前記突極の第１対に回巻された前記第１、第２の位置検出コイルに接続され、他方の前記検出コイル回路は、前記突極の第２対に回巻された前記第３、第４の位置検出コイルに接続され、該それぞれ１対にされた各位置検出コイルは磁気抵抗変化が電気角で１８０度の位相差を有するとともに、該両対の位置検出コイル間では回転子位置信号の位相差が９０度になるように前記固定子に配置され、前記それぞれ１対にされた前記位置検出コイルの磁気抵抗変化から、前記回転子位置の検出信号を発生する２組の検出チャンネルからなることを特徴とする請求項１に記載の可変磁気抵抗形位置検出器と感温スイッチを用いるモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可変磁気抵抗形位置検出器と感温スイッチを用いるモータ制御装置に関し、特に、該位置検出器により、回転子の位置を検出して、モータの位置制御を行うとともに、感温スイッチを該モータ本体に配設して、該モータの温度上昇を監視し、かつ過熱から保護する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のモータ制御装置１の構成図を図５に示す。
図５によれば、モータ２には、その回転子の位置検出器３と感温スイッチ４とがそれぞれ装着され、該位置検出器３とモータ制御装置１内の位置検出回路５とにより、該回転子の位置を検出して、その位置検出信号６を前記制御装置１内のモータ駆動回路を含む制御回路７に出力するとともに、該感温スイッチ４と前記制御装置１内の温度検出回路８とにより、該モータ２の温度上昇を検出して、その温度検出信号９を前記制御装置１内の制御回路７にそれぞれ出力している。
そして、該位置検出信号６と温度検出信号９とが、前記制御装置１で、別々に処理され、該モータ２の位置制御が行われるとともに、前記モータ２は異常な温度上昇から保護されていた。
【０００３】
前記位置検出器３としては、例えば、可変磁気抵抗形位置検出器、すなわちＶＲ形レゾルバがある。該レゾルバ３は、前記モータ２の回転子に結合されるとともに、その巻線に高周波電源が供給され、回転子位置情報として互いに９０゜位相のずれた、２相正弦波信号（電圧）３を出力するものである。
【０００４】
他方、回転子の位置検出部内蔵形モータとしては、例えば図６の構成断面図に示される位置検出部が内蔵された２相直流モータ１０がある。
図６によれば、前記モータ１０は、固定子１１と、回転子１２と、該回転子１２にトルクを発生させる複数個（図では２０個）の突極１５にそれぞれ回巻したモータ巻線部１３と、該回転子１２の回転子位置を検出するための複数個（図では４個）の突極１５にそれぞれ回巻したコイルからなる可変磁気抵抗形位置検出部１４とから構成されている。
【０００５】
前記固定子１１は、内側に向かって放射状に等ピッチ角で配設された複数個（図では２４個）の突極１５を有する。前記回転子１２は、該固定子１１の中心軸上で、その外周面が、前記固定子１１の内周面と空隙を介して前記突極１５に対向するように配設され、その回転軸１６の両端が図示しないブラケットと軸受により回動自在に支持されている。そして、その外周面には複数個（図では９対、すなわち１８個）の永久磁石１７が、前記突極１５に対向するようにその極性を外周面に沿って交互に繰り返して配置されている。
【０００６】
前記固定子１１の２４個の突極１５のうち、２０個の突極１５にはトルク発生用の巻線が回巻されるとともに、２相すなわち、Ａ相、逆Ａ相、Ｂ相、逆Ｂ相に結線されて、前記モータ巻線部１３が形成されている。また、固定子１１の残りの４個の突極１５には、回転子位置検出コイルが回巻されるとともに、２組の検出コイル回路に結線された２対の突極１５からなる前記位置検出部１４が形成されている。
【０００７】
該検出部１４は、前記２組の検出コイル回路のうち、一方は前記２対の突極１５のうち第１対に回巻されたコイルＳａ、Ｓｄに接続され、他方は前記２対の突極１５のうち第２対に回巻されたコイルＳｂ、Ｓｃに接続されるとともに、各コイルＳａ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄは、コイルＳａ，Ｓｃ間が７５度（５突極分のピッチ角）、コイルＳｃ，Ｓｂ間が９０度（６突極分のピッチ角）、コイルＳｂ，Ｓｄ間が１０５度（７突極分のピッチ角）、コイルＳｄ，Ｓａ間が９０度（６突極分のピッチ角）で、前記固定子１１に配置されている。（特開昭62ー244265 号公報、又は特公平8-15387 号公報）
【０００８】
前記位置検出部１４は、２組の検出チャンネルからなり、前記それぞれ１対にされたコイルＳａ，ＳｄおよびＳｂ，Ｓｃのインダクタンス変化から、前記回転子の位置検出信号を発生するようにしている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記モータ制御装置１の場合、該モータ２と前記モータ制御装置１との間の信号線の本数が少なければ、少ないほど、信号線の断線が少なくなり、該モータ２と該制御装置１の接続ケーブルのコストを安価にし、かつ信頼性をよくすることができる。
しかしながら、このような従来のモータ制御装置１にあっては、回転子の位置検出器３や位置検出部１４のような可変磁気抵抗形位置検出器を使用した場合には、４本の信号線が必要になり、さらに、温度検出用として、２本、計６本の信号線が必要になるという問題点があった。
【００１０】
また、回転子に連結する位置検出器３、又はモータ１０に内蔵される位置検出部１４から出力される位置検出信号と、モータ２，１０の内部温度を感知する感温スイッチ４から出力される温度検出信号とが、関連して信号処理されていないという問題点があった。
【００１１】
本発明はかかる点に鑑みなされたもので、その目的は前記問題点を解消し、モータ内部温度の検出手段としての温度スイッチからの信号と、回転子の位置検出手段として、該回転子に連結する位置検出器、又はモータに内蔵される位置検出部から出力される位置検出信号と一括して信号処理でき、かつ、温度検出に伴う信号線数を増やすことなく、位置検出、温度検出が可能な可変磁気抵抗形位置検出器と温度スイッチを用いるモータ制御装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明の構成は、巻線に高周波電源が供給される可変磁気抵抗形位置検出器と、復調器とにより、回転子の位置を検出して、モータの位置制御を行うモータ制御装置において、次のとおりである。
【００１３】
前記位置検出器を４個の第１ないし第４の位置検出コイルから構成し、該第１、第２の位置検出コイルと、該第３、第４の位置検出コイルとが、それぞれ直列に接続されたものを、互いに並列に接続して、ブリッジ回路を形成し、その両端に、接地に対して正側と負側の両側に構成された高周波電源を印加して、前記第１、第２の位置検出コイルと、前記第３、第４の位置検出コイルのそれぞれの中点から、前記回転子の位置検出信号を出力させ、感温スイッチを、前記モータの本体内に配設するとともに、前記高周波電源の片側の出力端子と、前記位置検出器の前記高周波電源が入力される前記両端の一方の端子との間に直列に接続して、前記制御装置により前記モータの位置を制御しながら、前記感温スイッチの作動を前記位置検出器からの前記位置検出信号のレベルの変化を基に感知し、該モータの過熱を保護する可変磁気抵抗形位置検出器と感温スイッチを用いるモータ制御装置である。
【００１４】
また、前記モータは、内側に向かって放射状に等ピッチ角で配設された複数個の突極を有する固定子と、該突極のそれぞれに回巻したモータ巻線部と、前記固定子の内周面と空隙を介して前記突極に対向するように配設され、その極性が外周面に沿って交互に繰り返される複数個の永久磁石を有し、かつ回動自在に支持された回転子とからなり、前記可変磁気抵抗形位置検出器は、２組の検出コイル回路を有し、一方の前記検出コイル回路は、前記突極の第１対に回巻された前記第１、第２の位置検出コイルに接続され、他方の前記検出コイル回路は、前記突極の第２対に回巻された前記第３、第４の位置検出コイルに接続され、該それぞれ１対にされた各位置検出コイルは磁気抵抗変化が電気角で１８０度の位相差を有するとともに、該両対の位置検出コイル間では回転子位置信号の位相差が９０度になるように前記固定子に配置され、前記それぞれ１対にされた前記位置検出コイルの磁気抵抗変化から、前記回転子位置の検出信号を発生する２組の検出チャンネルからなっている。
【００１６】
本発明は以上のように構成されているので、モータ内部温度検出用の感温スイッチを、回転子に連結する位置検出器、又はモータに内蔵される位置検出部の検出回路のなかに組み込み、感温スイッチからの信号を、位置検出信号と一括、又は関連付けて、信号処理することで、温度検出に伴う信号線数を増やすことなく、位置検出、及び温度検出することができる。
また、前記位置検出器として、可変磁気抵抗形レゾルバが使用できるため、安価で、信号線の数が少なく、取扱いが容易になる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。図１は、本発明の可変磁気抵抗形位置検出器と感温スイッチを用いるモータ制御装置の第１実施例を示す構成図、図２は、前記モータ制御装置の詳細制御ブロック図である。
【００１８】
図１において、２２は、モータであり、該モータ２２には、該回転子の位置検出器としての可変磁気抵抗形位置検出器（以下、ＶＲ形レゾルバという）２３が、その回転子に連結されるとともに、感温スイッチ２４が該モータ２２の本体内部に配設されている。前記ＶＲ形レゾルバ２３の回路中には、該感温スイッチ２４が組み込まれており、該感温スイッチ２４が動作しないとき（接点：閉状態）、該ＶＲ形レゾルバ２３は、１回転、例えば５０周期で、互いに９０゜位相のずれた、回転子位置情報としての２相正弦波信号（電圧）を出力する。
【００１９】
モータ制御装置２１は、前記ＶＲ形レゾルバ２３及び感温スイッチ２４とともに、回転子位置を検出する検出部２５と、該検出部２５から出力される位置検出信号Ｖａ１，Ｖｂ１により、前記モータ２２を位置制御する制御部２６とからなる。
【００２０】
図２の前記モータ制御装置２１の詳細制御ブロック図において、該モータ制御装置２１の前記検出部２５は、高周波電源回路３１と復調回路３２とからなり、前記制御部２６は、Ａ／Ｄ変換回路３３と、演算回路３４と、モータ駆動回路３５とからなる。
【００２１】
前記ＶＲ形レゾルバ２３内の位置検出コイルＬ１，Ｌ２〜Ｌ４は、その回転子との位置関係により、各コイルＬ１〜Ｌ４のインダクタンス成分が正弦波状に変化する。前記コイルＬ１，Ｌ２と、Ｌ３，Ｌ４とが、それぞれ直列に接続されたものを、互いに並列に接続して、ブリッジ回路を形成し、その両端に、前記高周波電源回路３１から出力される１００ｋＨｚ程度の高周波電圧を印加し、該コイルＬ１，Ｌ２と、Ｌ３，Ｌ４のそれぞれの中点から、変調波の位置検出信号Ｖａ，Ｖｂを出力させている。
【００２２】
そして、前記感温スイッチ２４は、前記高周波電源回路３１から、前記ＶＲ形レゾルバ２３の位置検出コイルＬ１〜Ｌ４に供給される高周波電圧の片側に直列に、スイッチ不作動の常時閉状態で接続されており、該モータ２２の本体の温度が、検出温度に達すると、その接点は開状態となる。
【００２３】
前記ＶＲ形レゾルバ２３から出力される前記回転子の位置検出信号Ｖａ，Ｖｂは、前記検出部２５の復調回路３２により、前記高周波電源回路３１とともに、同期復調を行って前記検出位置のそれぞれ正弦、余弦関数となる信号Ｖａ１，Ｖｂ１を、前記制御部２６のＡ／Ｄ変換回路３３に出力する。
前記正弦、余弦関数の位置検出信号Ｖａ１，Ｖｂ１は、該Ａ／Ｄ変換回路３３により、ディジタル信号Ｖａ２，Ｖｂ２に変換され、さらに前記演算回路３４により、回転角度情報として計算した信号を、モータ駆動回路３５に出力している。
次いで、該モータ駆動回路３５は、前記回転角度情報信号を基に、前記モータ２２を駆動させて、該モータの位置制御を行っている。
【００２４】
そこで、前記ＶＲ形レゾルバ２３の位置検出コイルＬ１〜Ｌ４のそれぞれについて、前記回転子位置（回転角度）θとそのインダクタンスとの関係は、以下のようになる。
コイルＬ１のインダクタンス＝Ｌｃ＋Ｌｖ・ＳＩＮθ
コイルＬ２のインダクタンス＝Ｌｃ−Ｌｖ・ＳＩＮθ
コイルＬ３のインダクタンス＝Ｌｃ＋Ｌｖ・ＣＯＳθ
コイルＬ４のインダクタンス＝Ｌｃ−Ｌｖ・ＣＯＳθ
（ここで、Ｌｃ：インダクタンス一定成分，Ｌｖ：インダクタンス変化成分）
【００２５】
前記高周波電源回路３１から出力されるＶｓｉｎωｔで表される高周波電圧を、前記ＶＲ形レゾルバ２３内のブリッジ回路に印加すると、その中点から、以下の変調波電圧が出力される。
Ｖａ＝Ｖｓｉｎωｔ・（Ｌｖ／Ｌｃ）ＳＩＮθ
Ｖｂ＝Ｖｓｉｎωｔ・（Ｌｖ／Ｌｃ）ＣＯＳθ
これを同期復調を行うと、
Ｖａ１＝ＫＶ・ＳＩＮθ
Ｖｂ１＝ＫＶ・ＣＯＳθ
（ここで、Ｋ＝Ｌｖ／Ｌｃ）
となり、回転子位置に関する三角関数で表される位置検出信号Ｖａ１，Ｖｂ１を得る。これらの信号をＡ／Ｄ変換回路３３により、Ａ／Ｄ変換してから、前記演算回路３４によって回転角θを求め、前記モータ駆動回路３５を介して、前記モータ２２の位置制御を行っている。
【００２６】
次に、前記モータ２２本体の温度が上昇し、前記感温スイッチ２４が作動して、開状態になったとき、前記ＶＲ形レゾルバ２３のブリッジ回路の中点からの信号Ｖａ′，Ｖｂ′は、
Ｖａ′＝−Ｖｓｉｎωｔ
Ｖｂ′＝−Ｖｓｉｎωｔ
と該ブリッジ回路に印加された前記高周波電圧の片側の電圧が、そのまま出力される。
【００２７】
そして、該信号Ｖａ′，Ｖｂ′の同期復調後の信号は、
Ｖａ１′＝−Ｖ
Ｖｂ１′＝−Ｖ
となり、前記回転角θに関係のない一定電圧になる。
このような電圧の検出によって、前記モータ２２本体が温度上昇して、前記感温スイッチ２４が動作したことが分かる。
【００２８】
本実施例で使用された、ＶＲ形レゾルバ２３の位置検出用コイルＬ１〜Ｌ４のそれぞれのインダクタンスの変化成分Ｌｖと、一定成分Ｌｃとの割合は、１／５程度で、前記感温スイッチ２４が開状態のときの信号レベルは、閉状態のときの信号レベルに対して、５倍程度大きな値になる。
【００２９】
Ａ／Ｄ変換時には、前記感温スイッチ２４が閉状態のときの信号振幅を、フルスケールにした方が、位置検出精度の向上には有利なため、該感温スイッチ２４が開状態のときの信号振幅は、フルスケール値で制限がかかる。
また、Ａ／Ｄ変換後の前記感温スイッチ２４の閉状態のときと、開状態のときとの信号レベルＶａ２を横軸に、信号レベルＶｂ２を縦軸にとると、図３に示すようになる。
【００３０】
図３において、該感温スイッチが閉状態のときの信号Ｖａ２，Ｖｂ２は、回転角θの正弦関数、余弦関数なので円を描き、その中心からの距離は常に一定であり、該スイッチが開状態のときの信号Ｖａ２′，Ｖｂ２′は、フルスケールで制限された値になる。
【００３１】
前記感温スイッチが閉状態のときの信号Ｖａ２，Ｖｂ２の描く円の半径を１とすると、該スイッチが開状態のときの信号Ｖａ２′，Ｖｂ２′は、前記中心から√２の位置にある。
該感温スイッチ２４が動作したかどうかを判別するため、判別値χを１＜χ＜√２に設定し、
√（Ｖａ２2 ＋Ｖｂ２2 ）＜χのときは、
θ＝ｔａｎ-1（Ｖｂ２／Ｖａ２）  により、角度θを求めて位置検出を行い、
√（Ｖａ２2 ＋Ｖｂ２2 ）＞χのときは、前記感温スイッチ２４が作動していると判断し、適切な過熱保護を行う。
【００３２】
次に、図４は、本発明の第２実施例を示す前記モータ制御装置２１の詳細制御ブロック図である。
図４においては、モータと可変磁気抵抗形位置検出器として、図６に示すような、従来の２相直流モータ１０と該モータ１０に内蔵する可変磁気抵抗形位置検出部１４とを使用するもので、図２及び図６と同一部材には同一符号を付して、その説明を省略する。
【００３３】
図４において、１０は、モータであり、該モータ１０には、該回転子の位置検出器としての可変磁気抵抗形位置検出部１４が内蔵されるとともに、感温スイッチ２４が該モータ１０本体内部に配設されている。前記位置検出部１４の回路中には、該感温スイッチ２４が組み込まれており、該感温スイッチ２４が動作しないとき、該位置検出部１４は、１回転、例えば１８周期で、互いに９０゜位相のずれた、回転子位置情報としての２相正弦波信号（電圧）を出力する。
【００３４】
前記位置検出部１４の各１対のコイルＳａ，ＳｄおよびＳｂ，Ｓｃを、それぞれ正弦コイルペアおよび余弦コイルペアといい、これらのコイルＳａ，Ｓｄ間およびＳｂ，Ｓｃ間は、そのインダクタンス変化が差動結合となるように電気角で１８０度の位相差をもち、かつ前記２つのコイルペアＳａ，ＳｄとＳｂ，Ｓｃとの間は、回転角電圧信号の位相差が９０度になるように形成されている。
そして、前記それぞれ１対にされたコイルＳａ，ＳｄおよびＳｂ，Ｓｃのインダクタンス変化から、前記回転子回転角の検出信号を発生する２組の検出チャンネルからなる位置検出部１４を形成している。
【００３５】
前記位置検出部１４の正弦コイルペアＳａ、Ｓｄおよび余弦コイルペアＳｂ，Ｓｃの結線は、図２に示すとおりであり、前記モータ制御装置２１のなかで位置検出部２５の高周波電源回路３１から出力される１００ｋＨｚ程度の高周波電圧で励磁されている。該各コイルペアＳａ、ＳｄおよびＳｂ，Ｓｃの中点における位置検出信号Ｖａ，Ｖｂは、モータ回転子の回転角θを１つの変数としており、それぞれ回転角θの正弦、余弦関数の形で与えられている。
この中点から出力される、変調波の位置検出信号Ｖａ，Ｖｂは、前記を出力させている。
【００３６】
そして、前記感温スイッチ２４は、前記高周波電源回路３１から、前記位置検出部１４の位置検出コイルＳａ〜Ｓｄに供給される高周波電圧の片側に直列に、スイッチ不作動の常時閉状態で接続されており、該モータ２２の本体の温度が、検出温度に達すると、その接点は開状態となる。
【００３７】
前記位置検出部１４から出力される前記回転子の位置検出信号Ｖａ，Ｖｂは、以下、前記第１実施例と同様に、信号処理される。
【００３８】
なお、本発明の技術は前記実施例における技術に限定されるものではなく、同様な機能を果たす他の態様の手段によってもよく、また本発明の技術は前記構成の範囲内において種々の変更、付加が可能である。また、本発明の実施の形態に記載の前記モータのほか、リニア（直動）モータやリニア（直動）センサにも応用が可能である。
【００３９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の可変磁気抵抗形位置検出器と感温スイッチを用いるモータ制御装置によれば、前記位置検出器を４個の第１ないし第４の位置検出コイルから構成し、該第１、第２の位置検出コイルと、該第３、第４の位置検出コイルとが、それぞれ直列に接続されたものを、互いに並列に接続して、ブリッジ回路を形成し、その両端に、接地に対して正側と負側の両側に構成された高周波電源を印加して、前記第１、第２の位置検出コイルと、前記第３、第４の位置検出コイルのそれぞれの中点から、前記回転子の位置検出信号を出力させ、感温スイッチを、前記モータの本体内に配設するとともに、前記高周波電源の片側の出力端子と、前記位置検出器の前記高周波電源が入力される前記両端の一方の端子との間に直列に接続して、前記制御装置により前記モータの位置を制御しながら、前記感温スイッチの作動を前記位置検出器からの前記位置検出信号のレベルの変化を基に感知し、該モータの過熱を保護するので、感温スイッチからの出力信号を、回転子の位置検出器、又はモータ内蔵の回転子位置検出部からの出力信号と一括して信号処理を行い、温度検出に伴う信号線数を増やすことなく、位置検出及び温度検出を行うことができる。
【００４０】
このため、位置検出機能を有するモータに、温度検出スイッチによる過熱保護機能を追加する場合でも、信号線数や信号処理回路を追加することなく、過熱保護を行うことができ、該信号線数や信号処理回路追加による、コストの増加や前記装置の信頼性の低下を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の可変磁気抵抗形位置検出器と感温スイッチを用いるモータ制御装置の第１実施例を示す構成図である。
【図２】図１のモータ制御装置の詳細制御ブロック図である。
【図３】感温スイッチの不作動時（閉状態）における、Ａ／Ｄ変換後の位置検出信号のリサージュ波形を示す図で、感温スイッチの作動時（開状態）の状況をも示す図である。
【図４】本発明の前記モータ制御装置の第２実施例を示す詳細制御ブロック図である。
【図５】従来の、位置検出器と感温スイッチを用いたモータ制御装置を示す構成図である。
【図６】従来の位置検出部内蔵形モータの構成断面図である。
【符号の説明】
１，２１  モータ制御装置
２，２２  モータ
３，２３  ＶＲ形レゾルバ（位置検出器）
４，２４  感温スイッチ
６，Ｖａ，Ｖｂ，Ｖａ１，Ｖｂ１  位置検出信号
１０  ２相直流モータ
１４  可変磁気抵抗形位置検出部
２５  検出部
２６  制御部
３１  高周波電源回路
３２  復調回路
３３  Ａ／Ｄ変換回路
３４  演算回路
３５  モータ駆動回路
【図１】
0004166332.tif 000002
【図２】
0004166332.tif 000003
【図３】
0004166332.tif 000004
【図４】
0004166332.tif 000005
【図５】
0004166332.tif 000006
【図６】
0004166332.tif 000007