JPS61236381A - ブラシレスサ−ボモ−タ用アンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は近年、ロボット、工作機械等のＦＡ用のアクチ
ュエーターとして実用化され、普及しつつあるブラシレ
スサーボモータの電流制御に関するものである。

従来の技術 以下図面を参照しながら同期電動機を使用したブラシレ
スサーボドライブの従来の一例を示す第３図の構成、動
作について説明する。

第３図において、１は速度誤差アンプ、２は電流誤差ア
ンプ、３はＰＷＭ回路、４は電流コミュテーション回路
、６はドライバ一部、６はパワースイッチ部、７は検出
電流選択回路、８は同期電動機、９はコミュテーション
センサ、１０は速度発電機、１１は同期電動機８の各相
に接続された電流センサである。

同期電動機８とコミュテーションセンサ９、速度発電機
１ｏは機械的に結合されており、同期電動機８の磁極位
置をコミュテーションセンサ９で検出し、速度を速度発
電機１Ｑにより検出する。

同期電動機８はパワースイッチ部６よりのＵ相。

■相、Ｗ相の三相出力電流にてドライブされ電流センサ
１１によってＵ、Ｖ、Ｗ各相の電流が検出される。

検出されたＵ、Ｖ、Ｗ各相の電流はコミュテーションセ
ンサ９よりの切換信号９ｓにより検出電流選択回路子に
よって選択されフィードバック電流信号ＩＭを得る。

速度誤差アンプ１よりの電流指令値に対して電流誤差ア
ンプ２は前述のフィードバック電流信号Ｉ、との差を増
巾し以後のＰＷＭ回路３と電流コミュテーション回路４
、ドライブ部５、パワースイッチ部６、電流センサ１１
を通して同期電動機８、および検出電流選択回路７と共
に電流マイナーループを構成する。

電流コミュテーション回路４はコミュテーションセンサ
９よりの切換信号Ｃ５によりコミュテーションされた電
流を同期電動機８へ通電するためのものである。

以上の電流マイナーループの構成からも明らかなように
従来の一例とした第３図のブラシレスサーボ用アンプは
１２ｏ０の矩形波電流ドライブ方式のものである。

速度誤差アンプ１は速度指令信号Ｓと、速度発電機１ｏ
よシの速度フィードバック信号Ｎとの差を増巾する速度
ループを構成する。

ブラシレスサーボモータとしての特長はＤＣサーボモー
タに比べてブラシがない事によるメンテナンスフリー、
高頻度使用に耐える等であるが、その反面ＤＣサーボモ
ータでは問題とならなかっり’ＦＬ　Ｒセンサのオフセ
ットが直接、出力トルクムラとなって表われる大きな欠
点がある。

発明が解決しようとする問題点 ブラシレスサーボモータ用アンプの電流オフセットの発
生原因として最も大きいのは電流マイナーループを構成
する検出器として使用されている電流センサーの特性の
バラツキである。

第３°図の従来例の構成では、この電流センサがＵ、Ｖ
、Ｗ各相の電流を検出するため３個使用されている。

３個の電流センサを２個とし他の１相を検出した２相の
電流より合成する方法は公知であるが、いずれにしても
２個ないしは３個の電流センサが必要となる。

これら複数個の電流センサが電流マイナーループ内に存
在し、これらの電流センサの検出出力によってモータの
各相の電流をコントロールすることから、検出出力にオ
フセットや感度の差が存在すると電流バランスがくずれ
、電流オフセットを生じて、そのために出力トルクムラ
を発生することになる。

ブラシレスサーボアンプの電流マイナーループを構成す
るための電流センサへは多相の電流を検出する必要から
絶縁出力型が必要条件で現在実用化されている絶縁出力
型の電流センサとしてはアイソレーションアンプを使用
したものとホール素子を使用したものの大きく２通りの
方法がある。

第４図がアイソレーションアンプを使用した例、第５図
がホール素子を使用した例である。第４図のアイソレー
ションアンプを使用した例で、１２は〜シャント抵抗で
あり、被検出電流工による電圧降下分をアイソレーショ
ンアンプ１３によす絶縁出力にて取り出し、電流検出信
号を得る。

第６図はホール素子を使用した例で、コアー１４にコイ
ル１５を巻き被検出電流工を流す。コアー１４の磁気回
路中にホール素子１６がおかれ被検出電流工による磁束
を検出してアンプ１７により増巾し絶縁出力にて電流検
出信号を得るもので、定電流源１８はホール素子１６の
制御電流に定電流を供給するためのものである。性能、
コストではアイソレージロンアンプは現在のところコス
トが高いわりに温度安定性１周波数応答が不充分でこれ
らの特性を満足しようとすると一部計測器に使用する特
殊なものとなり価格も非常に高く実用的ではなくなる。

ホール素子を使用したタイプのものはアイソレーション
アンプを使用する場合に比べてローコストにて実現でき
るため最近使用されるようになってきている。

しかしながら、ホール素子を使用したものは、磁気回路
を構成するコアーのヒステリシスが大きな問題となる。

すなわち、コアーのヒステリシスのために被検出電流が
ゼロ、すなわち起磁力がゼロにもかかわらず検出出力が
ゼロにならない。

しかも被検出電流がゼロとなる前の被検出電流の大きさ
によって、コアーのヒステリシス特性が変化することか
ら検出出力のオフセットも変化する。この問題点を解消
するためにコアーにグレードの高いものを使用すると、
コアーのヒステリシス特性は改善されるものの電流セン
サの出力オフセットはゼロとならない。またドリフトに
影響する安定性の点でもホール素子を使用したものは充
分ではないといつだ欠点がある。

ブラシレスサーボモータ用アンプで電流マイナーループ
を構成する際にこれらの電流センサを複数個使用し、全
ての電流センサのオフセットをゼロにし、直線性、トリ
アド等の特性をそろえ、しかもローコストでとなると現
在実用化されている前述の電流セ／すを使用する限りに
おいては至難である。

本発明は以上の点に鑑みてブラシレスサーボモータ用ア
ンプで電流マイナーループを構成するための電流センサ
に過酷な要求を強いることなく、電流センサのオフセッ
トによるブラシレスサーボモータの出力トルクムラの改
善手段を提供するものである。

問題点を解決するための手段 本発明はブラシレスサーボモータ用アンプの電流マイナ
ーループへの電流指令値に電流センサよりのフィードバ
ック電流信号の極性を反転した第２のフィードバック電
流信号を加えるための少なくともフィードバック電流信
号の極性を反転するための極性反転手段を有し、電流マ
イナールーズの入力端でのフィードバック電流信号と第
２のフィードバック電流信号の絶対値が等しくなるよう
に極性反転手段の利得を設定するものである。

作　　用 電流センサよυのフィードバック電流信号を極性反転手
段によりフィードバック電流信号の極性反転された第２
のフィードバック電流信号を電流マイナーループへの電
流指令値に加算し、フィードバック電流信号と第２のフ
ィードバック電流信号の絶対値が電流マイナーループへ
の入力端で等しくなるように極性反転手段の利得を設定
することにより、フィードバック電流信号に含まれるオ
フセット信号は第２のフィードバック電流信号に含まれ
るマイナスのオフセット信号により打ち消され、電流セ
ンサを含む電流マイナールーズのオフセットがキャンセ
ルされるものである。

実施例 以下本発明によるブラシレスサーボモータ用アンプの一
実施例について図面を参照しながら説明する。

第１図は本発明の第１の実施例によるブラシレスサーボ
モータ用アンプを示すものである０第１図中の１〜１１
は従来の構成例を示す第３図の同一番号と同一構成要素
であるため説明を省略する。

第１図中の１９の部分が本発明の実施による特徴のある
部分で、極性反転器１９ａとリミッタ１９ｂにより構成
され、速度誤差アンプ１と電流誤差アンプ２の間に接続
されている０ 極性反転器１９ａへの入力信号はフィードバック信号１
Ｍと速度誤差アンプ１より電流指令値の加算信号が入力
され、極性反転器１９ａの出力はリミッタ１９ｂにより
最大値を制限されて、電流誤差アンプ１以降の電流マイ
ナールーズに指令信号として入力されているものである
。

以下動作を説明する。

いま速度誤差アンプ１よりの電流指令値がゼロで、フィ
ードバック電流信号ＩＭにオフセラ）ｍがある状態を想
定する。

極性反転器１９ａにより極性を反転されオフセットｍは
−ｍとなる。リミッタ１９ｂの制限レベルは通常のオフ
セットに対しては機能しない大きなレベル値に制限レベ
ルが設定されており、−ｍなる負のオフセットはそのま
ま電流誤差アンプ２以降の電流マイナーループに指令値
として入力されることになる。

電流マイナールーズにはフィードバック電流信号Ｉ、が
入力されていることよりフィードバック電流信号Ｉ、の
オフセラ）ｍがフィードバック電流信号として入力され
ており、オフセラ）ｍのフィードバック電流信号と−ｍ
の指令値との加算によりフィードバック電流信号ＩＭの
オフセットｍはキャンセルされ、ゼロに収束する。

リミッタ１９ｂの目的は、速度誤差アンプ１より最大値
の電流指令があった場合に同電流指令に対してフィード
バック信号Ｉ、が飽和し同期電動機８に過大電流が流れ
るのを防ぐためで、リミッタ１９ｂの制限レベルはフィ
ートノくツク電流信号ＩＭの飽和レベルよりも小さく設
定する。

ここで、極性反転器１９ａは本発明実施後の電流マイナ
ールーズのオフセット特性に大きな影響を与えるため、
オフセット電圧特性の小さな高性能のものを使用する必
要があるが、電流センサ出力にオフセントのある場合の
ように出力トルクムラに影響するような電流オフセット
は生ずることはない。

これは電流センサにオフセットがある場合には電流マイ
ナーループを構成する、第１から第２゜第３へと複数個
の電流センサの信号を切換えて、フィードバック電流信
号ＩＭを得る。従来例を示す第３図および本発明の第１
の実施案によるブラシレスサーボモータ用のアンプの電
流マイナーループでは信号切換時に各電流センサのオフ
セットがフィードバック電流信号ＩＭのオフセットとな
る。通常、各電流セ／すのオフセットは同一ではなく異
なった値をもつため、各電流センサのオフセットの不ぞ
ろいが電流オフセットになり出力トルクムラとなるが本
発明の第１の実施例にある極性反転器にオフセットにあ
ったとしても電流センサの信号切換に関係なくオフセフ
）は一定のためそのオフセットによる電流オフセットも
一定で出力トリクムラにつながることはない。

以上のように極性反転手段である極性反転器１９ａとリ
ミッタ１９ｂよりなる装置を備えフィードバック電流信
号Ｉ、の極性反転した信号を作り同信号と速度誤差アン
プよりの第１の電流指令信号を加えて第２の電流指令信
号をつくり、この第２の電流指令信号を電流マイナール
ープへの電流指令値とするものである。

速度誤差アンプと電流マイナーループとの間に極性反転
器とリミッタからなる極性反転手段を配した以上のよう
な構成動作により電流マイナールーズの出力トリクムラ
につながる電流センサのオフセットをキャンセルするこ
とが可能となり、特に負荷のイナーシャによる改善効果
の制得できない低速無負荷回転時の回転ムラの改善に効
果が大きい。

第２図は本発明の第２の実施例によるブラシレスサーボ
モータ用アンプを示すものである。

第２図中の２〜１１は従来の構成例を示す第３図の同一
番号と同一構成要素であるため説明を省略する。

１９の部分が本発明の実施による特徴のある部分で、従
来の構成例を示す第３図にある速度誤差アンプと本発明
による極性反転手段を共用し、前述の第１図の本発明の
第１の実施例のものと比べて部品点数の削減をはかった
ものである。

第２図において、１９ａは速度誤差アンプと極性反転手
段を兼ねた、極性反転増巾器である。極性反転増巾器１
９ａは速度誤差アンプとしての機能を有することから通
常、利得は「−１」以上に設定されている。

極性反転増巾器１９ａの入力は、速度指令信号Ｓと速度
フィードバック信号Ｎの差の信号とフィードバンク電流
信号ＩＭを分圧器１２ｃにより分圧された信号を加算し
入力する構成とする。

ここで極性反転増巾器１９ａの利得を「−Ｋ」とすると
分圧器１９ｃの分圧利得を１７にとする。

以上のような構成により以下動作を説明する。

いま速度指令信号Ｓがゼロ、速度フィードバック信号が
ゼロで極性反転増巾器にオフセットがないものとしフィ
ードバック電流信号ＩＭにオフセフ）ｍがある状態を想
定する。

オフセフ）ｍは分圧器および極性反転増巾器により極性
反転増巾器の出力端でｍ　ｘ　１７ＫＸ　（−Ｋ）＝−
ｍとオフセフ）ｍと極性の異なる一ｍの信号が出力され
、電流誤差アンプ２以降の電流マイナールーズに指令値
として入力されることになる０電流マイナーループには
、フィードバック電流信号１．が入力されていることに
より、フィードバック電流信号ＩＭのオフセフ）ｍがフ
ィードバック電流信号として入力されており、オフセッ
トｍのフィードバック電流信号と−ｍの指令値との加算
によりフィードバック電流信号Ｉ、のオフセフ）ｍはキ
ャンセルされゼロに収束する。

第２図の本発明の第２の実施例では第１図の本発明の第
１の実施例にあるリミッタがないが、これは本発明の実
施の有無にかかわらず速度誤差アンプに相当する１９ａ
の極性反転増巾器に元来具備する必要があり、特に本発
明の実施のためにリミッタを加える必要はない。

以上のように少なくとも極性反転手段、すなわち機能的
に速度誤差アンプを兼ねる極性反転増巾器と、フィード
バック電流信号を同極性反転増巾器に入力するための分
圧器を備えフィードバック電流信号ＩＭの極性反転した
信号と速度指令信号と速度フィードバック信号との差を
増巾した第１の電流指令信号を加えて第２の電流指令信
号をつくり、この第２の電流指令信号、を電流マイナー
ループへの電流指令値とするものである。

この時の速度誤差アンプを兼ねる極性反転増巾器のオフ
セットは前述の本発明の第１の実施例と同様に、電流マ
イナーループを構成する電流センサの信号切換に関係な
く一定のため、同極性反転増巾器のオフセットによる電
流オフセットも一定で出力トルクムラにつながることは
ない。

以上のように従来の速度誤差アンプに極性反転型増巾器
を使用し、フィードバック電流信号のオフセットをキャ
ンセルするための分圧器を加える極めて簡単な構成によ
り前述の本発明の第１の実施例と同様の効果を得ること
ができる。

第２図の本発明の第２の実施例による効果の一例として
４０ｒｐｍの無負荷回転時の回転リップルの太きさとし
て評価した。

この場合第２図において分圧器１９Ｃを付加しない従来
の構成によるブラシレスサーボモータ用アンプとした時
は６゜６ｒｐｍｐ−ｐの回転リップル、次に分圧器１２
Ｃを付加し、本発明の実施匹よるブラシレスサーボモー
タ用アンプとした時はｉｒｐｍｐ−ｐの回転リップルと
なり回転リップルを１７５．６に改善できることを確認
した。

発明の効果 以上のように本発明のブラシレスサーボモータ用アンプ
は、速度誤差アンプと電流マイナーループとの間に極性
反転器とリミッタからなる極性反転手段を備えることに
より、電流マイナーループの出力トルクムラにつながる
電流センサのオフセットをキャンセルすることが可能と
なり、電流センサに過酷な要求を強いることなく、安定
した出力トルク性能を維持することができる。

に大きな効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例によるブラシレスサーボ
モータ用アンプの構成を示すブロック図、第２図は本発
明の第２の実施例によるブラシレスサーボモータ用アン
プの構成を示すブロック図、第３図は従来の構成による
ブラシレスサーボモータ用アンプの構成図を示すブロッ
ク図、第４図はアイソレーションアンプを使用した絶縁
出力を有する電流センサの構成図、第５図はホール素子
を使用した絶縁出力を有する電流センサの構成図である
０ １・・・・・・速度誤差アンプ、２・・・・・・電流誤
差アンプ、１１・・・・・・電流センサ、１９ａ・・・
・・・極性反転器、１９ｂ・・・・・・リミッタ。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名ＩＩ
　　　　　　　　　均 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 速度誤差アンプと電流マイナーループとの間に電流マイ
   ナーループへの電流指令値に電流センサよりのフィード
   バック電流信号の極性を反転した信号を加算するための
   フィードバック電流信号の極性反転手段を設けたブラシ
   レスサーボモータ用アンプ。