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WO2024209901A1 - モータ駆動制御装置 - Google Patents

モータ駆動制御装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2024209901A1
WO2024209901A1 PCT/JP2024/009878 JP2024009878W WO2024209901A1 WO 2024209901 A1 WO2024209901 A1 WO 2024209901A1 JP 2024009878 W JP2024009878 W JP 2024009878W WO 2024209901 A1 WO2024209901 A1 WO 2024209901A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
unit
motor
speed calculation
input
current
Prior art date
Application number
PCT/JP2024/009878
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
祐貴 中塚
憲司 難波
Original Assignee
パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by パナソニックＩｐマネジメント株式会社 filed Critical パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Publication of WO2024209901A1 publication Critical patent/WO2024209901A1/ja

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P3/00—Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters
    • H02P3/06—Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters for stopping or slowing an individual dynamo-electric motor or dynamo-electric converter
    • H02P3/18—Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters for stopping or slowing an individual dynamo-electric motor or dynamo-electric converter for stopping or slowing an AC motor
    • H02P3/22—Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters for stopping or slowing an individual dynamo-electric motor or dynamo-electric converter for stopping or slowing an AC motor by short-circuit or resistive braking

Definitions

  • This disclosure relates to a motor drive control device that controls and monitors the drive of a motor.
  • Some conventional control devices for driving brushless DC motors include a driver circuit that acts on an inverter circuit (see, for example, Patent Document 1).
  • a shutoff device and a diagnostic device that are configured with such a control device use a control signal from the driver circuit to detect abnormalities and stop the motor drive when an abnormality occurs.
  • Patent Document 1 has the problem that the specifications of the interrupter and diagnostic device must be changed depending on the specifications of the driver circuit because the interrupter and diagnostic device are connected to the driver circuit.
  • the present disclosure aims to solve these problems by providing a motor drive control device that detects abnormalities and stops motor drive when an abnormality occurs, without relying on a driver circuit.
  • one aspect of the motor drive control device is a motor drive control device that controls a motor for a drive body that is driven by a control unit that receives power from a power source and controls the motor, and includes a first input unit to which a first current is input from the power source to the control unit, a first output unit that outputs the first current input from the first input unit to the control unit, a cut-off unit that is provided between the first input unit and the first output unit and switches the output state of the first output unit, a second input unit to which a second current is input from the control unit to the motor, a second output unit that outputs the second current input from the second input unit to the motor, and a calculation unit that is provided between the second input unit and the second output unit and calculates the rotation speed of the motor.
  • FIG. 1 is a system block diagram of a motor drive control device according to the first embodiment.
  • FIG. 2A is a flowchart showing the process of the speed calculation unit according to the first embodiment.
  • FIG. 2B is a flowchart showing the process of determining the speed calculation method shown in FIG. 2A.
  • FIG. 2C is a flowchart showing a process for acquiring one period of the current shown in FIG. 2B.
  • FIG. 2D is a flowchart showing a velocity calculation process according to the velocity calculation method 1.
  • FIG. 2E is a flowchart showing a velocity calculation process according to the velocity calculation method 2.
  • FIG. 2F is a flowchart showing a process for acquiring feature points in one voltage cycle from the voltage values shown in FIG. 2E.
  • FIG. 2A is a flowchart showing the process of the speed calculation unit according to the first embodiment.
  • FIG. 2B is a flowchart showing the process of determining the speed calculation method shown in FIG. 2A.
  • FIG. 3 is a flowchart showing another process of the speed calculation unit according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram showing a detailed configuration of the power supply cutoff unit of the motor drive control device according to the first embodiment.
  • FIG. 5A is a flowchart showing a process of determining a speed calculation method according to the second embodiment.
  • FIG. 5B is a flowchart showing a velocity calculation process according to the velocity calculation method 3.
  • FIG. 6 is a flowchart showing a speed calculation process performed by the speed calculation unit according to the third embodiment.
  • FIG. 7 is a system block diagram of a motor drive control device according to the fourth embodiment.
  • FIG. 8 is a system block diagram of a motor drive control device according to the fifth embodiment.
  • FIG. 9 is a system block diagram of a motor drive control device according to the sixth embodiment.
  • each figure is a schematic diagram and is not necessarily a precise illustration.
  • the same reference numerals are used for substantially the same configuration, and duplicate explanations are omitted or simplified.
  • Fig. 1 is a system block diagram of a motor drive control device 10 in the present embodiment 1.
  • the motor drive targets controlled by the motor drive control device 10 of the present disclosure include a power supply 5, a control unit 6, a brushless DC motor 7, a first input unit 8A, a first output unit 8B, a second input unit 8C, and a second output unit 8D.
  • the power supply 5 is, for example, a DC power supply such as a battery. A current is input from the power supply 5 to the first input section 8A, and the current is output from the first output section 8B to the control unit 6, supplying power to the control unit 6.
  • the power supply 5 may be an AC-DC converter.
  • the control unit 6 has a driver circuit 6A, an inverter circuit 6B, and a control circuit 6C.
  • the driver circuit 6A is set using a control signal from the control circuit 6C.
  • the driver circuit 6A drives and controls the switching elements of the inverter circuit 6B so that the brushless DC motor 7 obtains the required rotation speed and direction.
  • the current that is the motor drive signal output from the inverter circuit 6B is input to the second input section 8C, and this current is input to the brushless DC motor 7 from the second output section 8D.
  • the motor drive control device 10 has a power cut-off unit 1, a speed calculation unit 2, a collision determination unit 3, and a detection unit 4.
  • the power cut-off unit 1 cuts off the power supplied from the power source 5 to the control unit 6.
  • the power cut-off unit 1 is configured so that it can cut off the power supply from the power source 5 to the control unit 6 within the motor drive control device 10.
  • the power cut-off unit 1 is, for example, a relay switch.
  • the motor drive signal output from the control unit 6 to the brushless DC motor 7 is input to the speed calculation unit 2.
  • the speed calculation unit 2 is a calculation unit having a current detection unit 2A, a voltage detection unit 2B, and a speed calculation unit 2C.
  • the current detection unit 2A and voltage detection unit 2B are connected to the motor drive line, and measure the current value and voltage value of the motor drive line, respectively, and send them to the speed calculation unit 2C.
  • the current detection unit 2A preferably uses a current sensor that uses the Hall effect so as not to affect the current value of the motor drive line, but a current sensor that uses a shunt resistor may also be used.
  • the voltage detection unit 2B is, for example, a voltage sensor that uses a resistive voltage divider or an operational amplifier.
  • the speed calculation unit 2C receives the current value from the current detection unit 2A, the voltage value from the voltage detection unit 2B, or both, and calculates the motor rotation speed, and may be, for example, a microcomputer.
  • the speed calculation unit 2 may also use a sensor signal from the brushless DC motor 7, such as a hall sensor or an encoder, or a motor speed command value obtained by connecting to the driver circuit 6A of the control unit 6.
  • the detection unit 4 is a device for acquiring environmental information around the product, and is, for example, a Lidar, TOF sensor, camera, ultrasonic sensor, infrared sensor, etc.
  • the detection unit 4 may also receive information from a control unit or an external sensor.
  • the collision determination unit 3 uses the motor speed information from the speed calculation unit 2 and the environmental information from the detection unit 4 to determine the possibility of a collision between an obstacle and an object driven by the motor, and may be, for example, a microcomputer. If the collision determination unit 3 determines that there is a possibility of a collision, it sends a signal to the power cutoff unit 1.
  • the power supply cut-off unit 1 can cut off the power line, thereby cutting off the power supply from the power supply 5 to the control unit 6 and stopping the brushless DC motor 7.
  • the fact that the brushless DC motor 7 has been stopped can be confirmed by the motor rotation speed calculated by the speed calculation unit 2.
  • the power supply cut-off unit 1 can also stop the brushless DC motor 7 by connecting to an electromagnetic brake or the driver circuit 6A of the control unit 6 and sending a motor stop signal. With this configuration, the drive control and monitoring of the brushless DC motor 7 can be performed regardless of the internal specifications of the control unit 6.
  • FIG. 2A is a flowchart showing the processing of the speed calculation unit 2C in this embodiment 1.
  • This embodiment 1 is characterized in that the speed calculation processing by the speed calculation unit 2 includes a process of switching the speed calculation method based on the current value.
  • the speed calculation unit 2C uses the current value sent from the current detection unit 2A to switch the speed calculation method. Note that the voltage value sent from the voltage detection unit 2B may also be used in the speed calculation.
  • the motor speed can be calculated by reading the current or voltage period of the motor drive line, so for example, the current or voltage period is calculated by the following processing flow.
  • step S1 After power is turned on (step S1), the speed calculation unit 2C first determines the speed calculation method (step S2) and calculates the speed using the determined method (step S3).
  • the speed calculation unit 2C performs the process of determining the speed calculation method only once while the power is turned on and current continues to be input from the power supply 5 to the control unit 6.
  • FIG. 2B is a flowchart showing the process of determining the speed calculation method shown in FIG. 2A. As shown in FIG. 2B, in the flow of determining the speed calculation method, the speed calculation unit 2C first obtains one period of the current (step S11).
  • FIG. 2C is a flowchart showing the process of acquiring one period of the current shown in FIG. 2B.
  • the speed calculation unit 2C counts the time during which the current value is 0, starting from the moment the current value became 0 (step S22).
  • the speed calculation unit 2C also counts the time from when the current value changes from 0 to when it next becomes 0 (step S23), counts the time during which the current value becomes 0 again (step S24), and measures the time from when the current value next changes from 0 to when it next becomes 0 again (step S25).
  • the speed calculation unit 2C calculates one period by taking the sum of all the times, and further calculates the time ratio during which the current value is 0 within one period (step S26). After that, the speed calculation unit 2C switches the speed calculation method based on the result of comparing the calculated time ratio with a threshold value.
  • the speed calculation unit 2C determines the speed calculation method to be speed calculation method 1 (step S13).
  • FIG. 2D is a flowchart showing the speed calculation process according to speed calculation method 1. As shown in FIG. 2D, the speed calculation unit 2C obtains one period of the current by the method shown in FIG. 2C (step S31).
  • step S32 determines whether one cycle of the current has been acquired a specified number of times (step S32), and if one cycle has not been acquired the specified number of times (step S32, NO), it performs the processing of step S31 until the specified number of cycles have been acquired.
  • step S31 is the processing described in FIG. 2C.
  • step S33 the speed calculation unit 2C calculates the moving average (step S33). For example, if the motor is driven by a vector control method, this calculation method basically calculates the moving average of one cycle of the current, and the motor speed can be calculated from the moving average.
  • step S12 if the time ratio is greater than the threshold value (step S12, NO), the speed calculation unit 2C determines the speed calculation method to be speed calculation method 2 (step S14).
  • FIG. 2E is a flowchart showing the speed calculation process according to speed calculation method 2. As shown in FIG. 2E, the speed calculation unit 2C obtains characteristic points in one voltage cycle, for example, from the voltage value (step S41).
  • step S42 determines whether or not the characteristic points in one voltage cycle have been acquired a specified number of times (step S42), and if the characteristic points have not been acquired the specified number of times (step S42, NO), the processing of step S41 is repeated until the characteristic points have been acquired the specified number of times.
  • the speed calculation unit 2C obtains the voltage period by calculating the moving average of the intervals between the characteristic points (step S43), and can calculate the motor speed from the moving average.
  • FIG. 2F is a flowchart showing the process of acquiring characteristic points in one voltage cycle from the voltage value shown in step S41 of FIG. 2E. As shown in FIG. 2F, the speed calculation unit 2C first acquires the voltage value (step S51).
  • step S52 determines whether the voltage value of 0 continues a specified number of times (step S52), and if the voltage value of 0 has not continued a specified number of times (step S52, NO), it repeats the processing of step S52 until the voltage value of 0 continues a specified number of times.
  • step S52 If the voltage value remains at 0 for a preset number of times (step S52, YES), the speed calculation unit 2C acquires the current and voltage values (step S53). The speed calculation unit 2C then determines whether the voltage value has switched from LOW to HIGH (step S54), and if it has not switched from LOW to HIGH (step S54, NO), it repeats the process of step S54 until it does.
  • step S54 If the voltage value switches from LOW to HIGH (step S54, YES), the speed calculation unit 2C compares the current value when the voltage changed from 0 to HIGH with 0 (step S55).
  • step S56 If the current value changes from negative to zero (step S56, YES), the speed calculation unit 2C detects this timing as a characteristic point (step S57). If the current value does not change from negative to zero (step S56, NO), the process returns to step S51. If the motor is driven by a square wave control method, the motor speed can be calculated using a calculation method that uses such characteristic points.
  • the period can be calculated from the current and voltage behavior that is characteristic of each control method, improving the accuracy of motor speed calculation.
  • FIG. 3 is a flowchart showing another processing of the speed calculation unit 2C in the first embodiment.
  • the processing flow of FIG. 3 is characterized in that in the speed calculation processing of the speed calculation unit 2, the speed calculation method determination processing shown in step S2 of FIG. 2A may be omitted depending on the power supply voltage value of the power supply input unit.
  • the speed calculation unit 2C After power is turned on (step S61), the speed calculation unit 2C first initializes the motor speed calculation method determination flag (step S62).
  • the motor speed calculation method determination flag is a flag that indicates whether the motor speed calculation method has been determined.
  • step S63 determines whether the power supply voltage is equal to or greater than the threshold value (step S63), and if the power supply voltage is not equal to or greater than the specified value (step S63, NO), performs the processing from step S62 onwards.
  • step S64 determines the speed calculation method, for example, by the speed calculation method determination flow described above (step S66). Once the speed calculation method is determined, a speed calculation method determination flag is set (step S67), and speed calculation is performed using the determined speed calculation method (step S65).
  • FIG. 4 is a diagram showing the detailed configuration of the power supply cutoff unit 1 of the motor drive control device 10 in this embodiment 1.
  • the motor drive control device 10 includes a speed calculation unit 2, a collision determination unit 3, and a detection unit 4, but as these have the same configuration as in FIG. 1, they will not be shown or described here.
  • the power supply cutoff unit 1 has a relay switch 1a, an NchMOSFET 1b, a gate resistor 1c, and a gate-source resistor 1d.
  • the relay switch 1a can be controlled from the microcomputer 11 by, for example, connecting the HIGH side to the power supply line and the LOW side to the drain of the NchMOSFET 1b, and connecting the gate of the NchMOSFET 1b to the microcomputer 11.
  • the microcomputer 11 can switch the connection state of the relay switch 1a to cut off the power supply from the power source 5 to the control unit 6, thereby stopping the brushless DC motor 7.
  • FIG. 5A is a flowchart showing the process for determining a speed calculation method in the present embodiment 2.
  • the present embodiment 2 is characterized in that the speed calculation method is switched based on a voltage value in the speed calculation method determination process performed by the speed calculation unit 2. Note that configurations that are not specifically mentioned, such as the system configuration, are the same as those in the embodiment 1, and descriptions thereof will be omitted.
  • the speed calculation unit 2C uses the voltage value sent from the voltage detection unit 2B to switch the speed calculation method. Note that in calculating the speed, the speed calculation unit 2C may also use the current value sent from the current detection unit 2A. In the brushless DC motor 7, the motor speed can be calculated by reading the current or voltage period of the motor drive line, so the speed calculation unit 2C calculates the current or voltage period, for example, according to the following processing flow.
  • the speed calculation unit 2C obtains the voltage value for a preset time (step S71), and determines whether the obtained voltage value is only two types, HIGH level and LOW level, or whether there is an intermediate value between them (step S72).
  • step S72 If the obtained voltage values are only two types, HIGH level and LOW level (step S72, YES), the speed calculation unit 2C determines the speed calculation method to be speed calculation method 3 (step S74).
  • FIG. 5B is a flowchart showing the speed calculation process according to speed calculation method 3.
  • speed calculation unit 2C acquires voltage values for a preset time (step S81), and calculates a moving average of the voltage values (step S82).
  • Speed calculation unit 2C then calculates the voltage period from the moving average of the voltage values (step S83). For example, if the motor is driven by a vector control method, this calculation method can be used to calculate the voltage period and thus the motor speed.
  • step S72 of FIG. 5A if the obtained voltage values include not only HIGH levels and LOW levels but also intermediate values (step S72, NO), the speed calculation unit 2C determines the speed calculation method to be speed calculation method 2 (step S73).
  • the speed calculation unit 2C obtains a characteristic point in one voltage cycle from the voltage value (step S41), and after obtaining this characteristic point a predetermined number of times (step S42, YES), obtains the voltage cycle by calculating the moving average of that interval (step S43), and calculates the motor speed.
  • one method for obtaining characteristic points in one voltage cycle is to use, for example, the timing when the voltage value switches from LOW to HIGH and the current value changes from negative to zero as characteristic points.
  • this calculation method can be used to calculate the motor speed. With this configuration, even if the motor control method is unknown, it is possible to extract characteristic voltage behavior for each control method and calculate the period, thereby improving the accuracy of motor speed calculation.
  • FIG. 6 is a flowchart showing the speed calculation process performed by the speed calculation unit 2C in the third embodiment.
  • the speed calculation unit 2C uses the current value sent from the current detection unit 2A to perform the process of switching the speed calculation method.
  • the speed calculation unit 2C determines the speed calculation method. To do so, the speed calculation unit 2C first obtains one cycle of the current (step S91).
  • one method of obtaining one cycle of current is to, for example, start from the moment the current value becomes zero, measure the time the current value is zero, the time it takes for the current value to change from zero and then become 0 again, the time it takes for the current value to become 0 again, and the time it takes for the current value to change from 0 again and then become 0 again, and then calculate one cycle by adding up all of these times.
  • the speed calculation unit 2C After acquiring one cycle of the current, the speed calculation unit 2C calculates the time ratio during one cycle during which the current value is 0. The speed calculation unit 2C then determines whether the calculated time ratio is equal to or less than a threshold value (step S92).
  • step S92 If the time ratio is equal to or less than the threshold value (step S92, YES), the speed calculation unit 2C determines the speed calculation method to be speed calculation method 1 (step S93).
  • the speed calculation unit 2C acquires one cycle of the current a preset number of times (step S32, YES) and calculates the moving average (step S33).
  • the speed calculation unit 2C basically calculates one period using this calculation method, and calculates the motor speed from the calculation result (step S94).
  • step S92, NO the speed calculation unit 2C uses the voltage value sent from the voltage detection unit 2B to switch the speed calculation method.
  • the speed calculation unit 2C acquires the voltage value for a preset time (step S95), and determines whether the acquired voltage value is only two types, HIGH level and LOW level, or whether there is an intermediate value between them (step S96).
  • step S98 If the obtained voltage values are only two types, HIGH level and LOW level (step S96, YES), speed calculation method 3 is selected (step S98).
  • the speed calculation unit 2C acquires the voltage value for a predetermined time (step S81), calculates the moving average of the voltage value (step S82), and calculates the voltage period (step S83).
  • the speed calculation unit 2C calculates the voltage cycle using this calculation method and calculates the motor speed (step S94).
  • step S97 the speed calculation unit 2C determines the speed calculation method to be speed calculation method 2 (step S97).
  • the speed calculation unit 2C obtains characteristic points in one voltage cycle from the voltage value (step S41), and after obtaining the characteristic points a preset number of times (step S42, YES), calculates the moving average of the intervals between the characteristic points to obtain the voltage cycle (step S43).
  • the speed calculation unit 2C calculates the motor speed from the acquired voltage period (step S94).
  • One method for obtaining characteristic points during one voltage cycle is to use, for example, the timing when the voltage value switches from LOW to HIGH and the current value changes from negative to zero as characteristic points.
  • this calculation method can be used to calculate the motor speed.
  • Fig. 7 is a system block diagram of the motor drive control device 10 in the present embodiment 4.
  • the same components as those in Fig. 4 are given the same reference numerals and their description will be omitted.
  • the motor drive control device 10 includes a speed calculation unit 2, a collision determination unit 3, and a detection unit 4, but as these have the same configuration as those in Fig. 1, they will not be shown and will not be described.
  • this embodiment has a control unit connection switching section 18, a dummy load section 19, and a short brake section 20. This allows the control unit 6 originally provided in the motor-driven object to prevent errors caused by changing the output destination.
  • the control unit connection switching section 18 has a relay switch 18a, an NchMOSFET 18b, a gate resistor 18c, and a gate-source resistor 18d. At the same time that the relay switch 1a switches the connection state, the control unit connection switching section 18 switches the connection destination of the motor drive line from the control unit 6 from the motor 7 to the dummy load section 19 within the motor drive control device 10.
  • connection switching operation it is desirable for the connection switching operation to switch the connections of all three layers of the motor drive line with one input, and one example of a method for realizing such an operation is the three-pole c-contact relay switch 18a.
  • the relay switch 18a can be controlled from the microcomputer 11 by connecting, for example, the HIGH side to the power line and the LOW side to the drain of NchMOSFET 18b, and connecting the gate of NchMOSFET 18b to the microcomputer 11.
  • the dummy load section 19 connects the motor drive lines to each other in the same way as they are connected inside the motor, via a load that simulates the motor 7.
  • the motor's dummy load can be, for example, a resistor, and here dummy load resistors 19a to 19c are used.
  • the power supply cutoff unit 1 has a relay switch 1a, an NchMOSFET 1b, a gate resistor 1c, and a gate-source resistor 1d.
  • the relay switch 1a is a switch that can be controlled by the microcomputer 11, for example, by connecting the HIGH side to the power supply line and the LOW side to the drain of the NchMOSFET 1b, and connecting the gate of the NchMOSFET 1b to the microcomputer 11.
  • the short brake unit 20 connects the motor drive line on the motor 7 side to GND.
  • the short brake unit 20 includes a short brake switch 20b, an NchMOSFET 20c, a gate resistor 20d, and a gate-source resistor 20e. The connection is switched by the short brake switch 20b.
  • connection switching operation it is desirable for the connection switching operation to switch the connections of all three layers of the motor drive line with a single input, and examples of devices that can achieve this operation include a 3-pole a-contact or 3-pole c-contact relay switch.
  • the short brake switch 20b can be controlled from the microcontroller 11, for example, by connecting the HIGH side to the power line and the LOW side to the drain of the NchMOSFET 20c, and connecting the gate of the NchMOSFET 20c to the microcontroller 11.
  • Fig. 8 is a system block diagram of the motor drive control device 10 in the present embodiment 5.
  • the same components as those in Fig. 4 or 7 are given the same reference numerals and their description will be omitted.
  • the motor drive control device 10 includes a speed calculation unit 2, a collision determination unit 3, and a detection unit 4, but as these have the same configuration as those in Fig. 1, their illustration and description will be omitted.
  • this embodiment 5 uses the voltage generated by the connection switching performed by the control unit connection switching section 18 directly as an input for switching the connection state of the short brake switch 20b.
  • the dummy load section 19 is configured to include a rectifier circuit using diodes 19d-19i and a dummy load resistor 19b.
  • a voltage is applied to both ends of the short brake switch 20b by the voltage applied from the control unit 6, and the short brake switch 20b turns ON.
  • This configuration makes it possible to regulate the order in which the control unit connection switching section 18 and the short brake switch 20b are switched, and prevents the short brake switch 20b from being switched before the control unit connection switching section 18 is switched.
  • the short brake switch 20b is turned ON by directly using the voltage at the short brake operation reference voltage point 20a, the short brake can be activated in a shorter time than when the microcontroller 11 reads the voltage at the short brake operation reference voltage point 20a and performs the process of turning ON the short brake switch 20b, thereby shortening the time required to stop the motor.
  • Fig. 9 is a system block diagram of the motor drive control device in the present embodiment 6.
  • the same components as those in Fig. 4, 7 or 8 are given the same reference numerals and their description will be omitted.
  • the motor drive control device 10 includes a speed calculation unit 2, a collision determination unit 3 and a detection unit 4, but as these have the same configuration as those in Fig. 1, their illustration and description will be omitted.
  • this embodiment has a microcontroller short brake switch 20g whose connection state is switched by the microcontroller 11.
  • the short brake unit 20 has a short brake switch 20b, a short brake switch for the microcontroller 20g, an N-channel MOSFET 20h, a gate resistor 20i, and a gate-source resistor 20j.
  • the voltage at the short brake operation reference voltage point 20a is detected by the A/D converter of the microcontroller 11. This voltage may be detected at the digital input port of the microcontroller using a comparator. Depending on this voltage value, the microcontroller 11 outputs to turn on the microcontroller short brake switch 20g.
  • microcontroller short brake switch 20g it is desirable for the microcontroller short brake switch 20g to be capable of switching the connections of all three layers of the motor drive line with a single input, and examples of devices that can achieve this include a 3-pole a-contact or 3-pole c-contact relay switch.
  • the relay switch can be controlled from the microcomputer 11 by, for example, connecting the HIGH side to the power line and the LOW side to the drain of the NchMOSFET 20h and connecting the gate of the NchMOSFET 20h to the microcomputer 11. It is preferable to connect the power line of the microcomputer 11 and the microcomputer short brake switch 20g between the power supply 5 and the power supply cutoff unit 1 so that it is not cut off by the power supply cutoff unit 1.
  • the microcomputer 11 continues to output to turn on the microcomputer short brake switch 20g until the default release state is reached.
  • the default release state is, for example, when the power input from the power source 5 to the motor drive control device 10 is interrupted, when a short brake release signal is input from inside or outside the motor drive control device 10, or when it is confirmed that the motor has stopped based on the motor speed calculation results.
  • the microcomputer short brake switch 20g can remain ON, and by maintaining the connection state of the short brake section 20, the motor 7 can be stopped more quickly.
  • the motor drive control device disclosed herein functions simply by connecting the power supply line and the motor drive line, and can be widely used in products that use brushless DC motors, such as robots and electric carts, that require safety.

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Abstract

モータ駆動制御装置は、電源から制御ユニットへの第一電流が入力される第一入力部と、第一入力部から入力された第一電流を制御ユニットへ出力する第一出力部と、第一入力部と第一出力部との間に設けられ、第一出力部の出力状態を切り替える遮断部と、制御ユニットからモータへの第二電流が入力される第二入力部と、第二入力部から入力された第二電流をモータへ出力する第二出力部と、第二入力部と第二出力部との間に設けられ、モータの回転速度を算出する演算部と、を備える。

Description

モータ駆動制御装置
　本開示は、モータの駆動の制御や監視をするモータ駆動制御装置に関する。
　従来のブラシレスＤＣモータ駆動に関する制御装置は、インバータ回路に作用するドライバ回路を構成として含むものがある（例えば、特許文献１参照。）。このような制御装置で構成されている遮断装置及び診断装置は、ドライバ回路からの制御信号を用いて異常検知や、異常時のモータ駆動停止が行われている。
特許第６４２９９０３号公報
　しかしながら、特許文献１の技術では、遮断装置及び診断装置がドライバ回路と接続されるため、ドライバ回路の仕様に応じて遮断装置及び診断装置の仕様変更が必要になるという課題を有している。
　本開示は、このような課題を解決するもので、ドライバ回路によらず、異常検知や異常時のモータ駆動停止を行うモータ駆動制御装置を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本開示に係るモータ駆動制御装置の一態様は、電源からの電力供給を受けた制御ユニットがモータを制御することで駆動する駆動体に対して、前記モータの制御を行うモータ駆動制御装置であって、前記電源から前記制御ユニットへの第一電流が入力される第一入力部と、前記第一入力部から入力された前記第一電流を前記制御ユニットへ出力する第一出力部と、前記第一入力部と前記第一出力部との間に設けられ、前記第一出力部の出力状態を切り替える遮断部と、前記制御ユニットから前記モータへの第二電流が入力される第二入力部と、前記第二入力部から入力された前記第二電流を前記モータへ出力する第二出力部と、前記第二入力部と前記第二出力部との間に設けられ、前記モータの回転速度を算出する演算部と、を備える。
　本開示によれば、ドライバ回路によらず、異常検知や異常時のモータ駆動停止を行うことができる。
図１は、本実施の形態１におけるモータ駆動制御装置のシステムブロック図である。 図２Ａは、本実施の形態１の速度計算部の処理を示すフローチャートである。 図２Ｂは、図２Ａに示した速度算出方法の決定処理を示すフローチャートである。 図２Ｃは、図２Ｂに示した電流の１周期を取得する処理を示すフローチャートである。 図２Ｄは、速度算出方法１による速度算出処理を示すフローチャートである。 図２Ｅは、速度算出方法２による速度算出処理を示すフローチャートである。 図２Ｆは、図２Ｅに示した電圧値から電圧１周期中の特徴点を取得する処理を示すフローチャートである。 図３は、本実施の形態１の速度計算部の他の処理を示すフローチャートである。 図４は、本実施の形態１におけるモータ駆動制御装置の電源遮断部の詳細な構成を示す図である。 図５Ａは、本実施の形態２の速度算出方法の決定処理を示すフローチャートである。 図５Ｂは、速度算出方法３による速度算出処理を示すフローチャートである。 図６は、本実施の形態３の速度計算部が行う速度算出処理を示すフローチャートである。 図７は、本実施の形態４のモータ駆動制御装置のシステムブロック図である。 図８は、本実施の形態５のモータ駆動制御装置のシステムブロック図である。 図９は、本実施の形態６のモータ駆動制御装置のシステムブロック図である。
　以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本開示の一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、並びに、ステップ及びステップの順序等は、一例であって本開示を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
　また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。なお、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。
　（実施の形態１）
　まず、本実施の形態１におけるモータ駆動制御装置の構成について説明する。図１は、本実施の形態１におけるモータ駆動制御装置１０のシステムブロック図である。本開示のモータ駆動制御装置１０が制御するモータ駆動の対象は、電源５、制御ユニット６、ブラシレスＤＣモータ７、第一入力部８Ａ、第一出力部８Ｂ、第二入力部８Ｃ、第二出力部８Ｄが含まれる。
　電源５は、例えばバッテリのＤＣ電源であり、電源５から第一入力部８Ａに電流が入力され、その電流が第一出力部８Ｂから制御ユニット６に出力されて、制御ユニット６に電源供給がされる。電源５は、ＡＣ－ＤＣコンバータを用いてもよい。制御ユニット６は、ドライバ回路６Ａと、インバータ回路６Ｂと、制御回路６Ｃとを有している。
　ドライバ回路６Ａは、制御回路６Ｃからの制御信号を用いて設定される。ドライバ回路６Ａは、ブラシレスＤＣモータ７において必要な回転速度および回転方向が得られるように、インバータ回路６Ｂのスイッチング素子を駆動制御する。インバータ回路６Ｂから出力されるモータ駆動信号である電流は、第二入力部８Ｃに入力され、その電流が第二出力部８ＤからブラシレスＤＣモータ７に入力される。
　モータ駆動制御装置１０は、電源遮断部１と、速度算出部２と、衝突判定部３と、検知部４とを有している。電源遮断部１は、電源５から制御ユニット６へ供給される電源を遮断する。電源遮断部１は、モータ駆動制御装置１０内で電源５から制御ユニット６への電力供給を遮断できるよう構成する。電源遮断部１は、例えばリレースイッチがある。
　速度算出部２には、制御ユニット６からブラシレスＤＣモータ７へ出力されるモータ駆動信号が入力される。速度算出部２は、電流検出部２Ａと、電圧検出部２Ｂと、速度計算部２Ｃとを有する演算部である。
　電流検出部２Ａ及び電圧検出部２Ｂは、モータ駆動線に接続され、それぞれモータ駆動線の電流値、電圧値を測定して速度計算部２Ｃに送る。電流検出部２Ａは、モータ駆動線の電流値に影響を与えないように、ホール効果を利用した電流センサを用いるのが望ましいが、シャント抵抗を利用した電流センサ等でもよい。電圧検出部２Ｂは、例えば抵抗分圧やオペアンプを利用した電圧センサである。
　速度計算部２Ｃは、電流検出部２Ａから電流値、電圧検出部２Ｂから電圧値、もしくはその両方を受け取り、モータ回転速度を算出するもので、例えばマイコンでもよい。なお、速度算出部２は、ホールセンサやエンコーダ等のブラシレスＤＣモータ７からのセンサ信号や、制御ユニット６のドライバ回路６Ａと接続してモータ速度指令値を取得して利用してもよい。
　検知部４は、製品周囲の環境情報を取得するための装置であって、例えばＬｉｄａｒ、ＴＯＦセンサ、カメラ、超音波センサ、赤外線センサ等である。なお、検知部４は制御ユニットや外部に位置するセンサからの情報を受け取るものでもよい。
　衝突判定部３は、速度算出部２からのモータ速度情報、及び検知部４からの環境情報を利用し、障害物とモータ駆動対象物の衝突可能性を判定するものであり、例えばマイコンでもよい。衝突判定部３は、衝突可能性があると判定した場合、電源遮断部１に信号を送る。
　電源遮断部１は、衝突判定部３から信号が送られてきた際、電源線を遮断することにより、電源５から制御ユニット６への電力供給が遮断され、ブラシレスＤＣモータ７を停止させることができる。ブラシレスＤＣモータ７を停止させたことは、速度算出部２が算出するモータ回転速度で確認してもよい。なお、電源遮断部１は、電磁ブレーキや制御ユニット６のドライバ回路６Ａと接続してモータ停止信号を送ることでブラシレスＤＣモータ７を停止してもよい。この構成によれば、制御ユニット６の内部仕様に依らず、ブラシレスＤＣモータ７の駆動制御・監視を行うことができる。
　次に、本実施の形態における速度計算部２Ｃの処理について説明する。図２Ａは、本実施の形態１の速度計算部２Ｃの処理を示すフローチャートである。本実施の形態１は、速度算出部２による速度算出処理において、電流値に基づき速度算出方法を切り替える処理があることを特徴とする。
　速度計算部２Ｃは、電流検出部２Ａから送られてきた電流値を使用して速度算出方法の切替処理を行う。なお、速度算出においては電圧検出部２Ｂから送られてくる電圧値を使用してもよい。ブラシレスＤＣモータ７において、モータ速度はモータ駆動線の電流もしくは電圧周期を読み取ることで算出できるため、例えば、以下の処理フローによって、電流もしくは電圧周期を算出する。
　電源投入後（ステップＳ１）、速度計算部２Ｃは最初に速度算出方法を決定し（ステップＳ２）、決定した手法で速度を算出する（ステップＳ３）。
　ここで、速度計算部２Ｃは、電源が投入され、電源５から制御ユニット６に電流が入力され続ける間、速度算出方法を決定する処理を一度のみ実施する。
　図２Ｂは、図２Ａに示した速度算出方法の決定処理を示すフローチャートである。図２Ｂに示すように、速度算出方法決定のフローでは、速度計算部２Ｃは、最初に電流の１周期を取得する（ステップＳ１１）。
　図２Ｃは、図２Ｂに示した電流の１周期を取得する処理を示すフローチャートである。図２Ｃに示すように、電流の１周期を取得するため、速度計算部２Ｃは、例えば電流値が０以外である場合（ステップＳ２１、ＹＥＳ）、電流値が０になった瞬間を起点とし、電流値が０である時間をカウントする（ステップＳ２２）。また、速度計算部２Ｃは、電流値が０から変化して次に０になるまでの時間をカウントし（ステップＳ２３）、電流値が再び０になっている時間カウントし（ステップＳ２４）、その次に再び電流値が０から変化して次に０になるまでの時間をそれぞれ測定する（ステップＳ２５）。
　そして、速度計算部２Ｃは、全ての時間の和をとることで１周期を算出し、さらに１周期内での電流値０の時間比率を算出する（ステップＳ２６）。その後、速度計算部２Ｃは、算出した時間比率と閾値を比較した結果に基づき、速度算出方法を切り替える。
　具体的には、図２Ｂに示すように、速度計算部２Ｃは、時間比率が閾値以下の場合（ステップＳ１２、ＹＥＳ）、速度算出方法を速度算出方法１に決定する（ステップＳ１３）。
　図２Ｄは、速度算出方法１による速度算出処理を示すフローチャートである。図２Ｄに示すように、速度計算部２Ｃは、電流の１周期を、図２Ｃに示した方法で取得する（ステップＳ３１）。
　そして、速度計算部２Ｃは、電流の１周期を規定回数取得したか否かを判定し（ステップＳ３２）、１周期を規定回数取得していない場合（ステップＳ３２，ＮＯ）、規定回数取得するまでステップＳ３１の処理を行う。ここで、ステップＳ３１の処理は、図２Ｃで説明した処理である。
　電流の１周期を既定回数取得した場合（ステップＳ３２、ＹＥＳ）、速度計算部２Ｃは、その移動平均を算出する（ステップＳ３３）。例えば、モータ駆動がベクトル制御方式の場合は、基本的にこの算出方法で電流の１周期の移動平均を算出し、その移動平均からモータ速度を算出できる。
　図２Ｂにおいて、時間比率が閾値より大きい場合（ステップＳ１２、ＮＯ）、速度計算部２Ｃは、速度算出方法を速度算出方法２に決定する（ステップＳ１４）。
　図２Ｅは、速度算出方法２による速度算出処理を示すフローチャートである。図２Ｅに示すように、速度計算部２Ｃは、例えば電圧値から電圧１周期中の特徴点を取得する（ステップＳ４１）。
　そして、速度計算部２Ｃは、電圧１周期中の特徴点を規定回数取得したか否かを判定し（ステップＳ４２）、特徴点を規定回数取得していない場合（ステップＳ４２，ＮＯ）、規定回数取得するまでステップＳ４１の処理を行う。
　特徴点を規定回数取得した場合（ステップＳ４２、ＹＥＳ）、速度計算部２Ｃは、その特徴点の間隔の移動平均を計算することで電圧周期を取得し（ステップＳ４３）、その移動平均からモータ速度を算出できる。
　図２Ｆは、図２ＥのステップＳ４１に示した電圧値から電圧１周期中の特徴点を取得する処理を示すフローチャートである。図２Ｆに示すように、速度計算部２Ｃは、まず電圧値を取得する（ステップＳ５１）。
　そして、速度計算部２Ｃは、電圧値０が規定回数続いたか否かを判定し（ステップＳ５２）、電圧値０が規定回数続いていない場合（ステップＳ５２，ＮＯ）、規定回数続くまでステップＳ５２の処理を行う。
　電圧値０が既定回数続いた場合（ステップＳ５２、ＹＥＳ）、速度計算部２Ｃは、電流および電圧値を取得する（ステップＳ５３）。そして、速度計算部２Ｃは、電圧値がＬＯＷからＨＩＧＨに切り替わったか否かを判定し（ステップＳ５４）、ＬＯＷからＨＩＧＨに切り替わっていない場合（ステップＳ５４，ＮＯ）、切り替わるまでステップＳ５４の処理を行う。
　電圧値がＬＯＷからＨＩＧＨに切り替わった場合（ステップＳ５４、ＹＥＳ）、速度計算部２Ｃは、電圧０からＨＩＧＨへ変化した時の電流値を０と比較する（ステップＳ５５）。
　電流値が負から０に変化した場合（ステップＳ５６、ＹＥＳ）、速度計算部２Ｃは、そのタイミングを特徴点として検出する（ステップＳ５７）。電流値が負から０に変化していない場合（ステップＳ５６，ＮＯ）、ステップＳ５１の処理に戻る。モータ駆動が矩形波制御方式の場合は、このような特徴点を用いた算出方法でモータ速度を算出できる。
　以上の構成によれば、モータ制御方式が不明な場合においても、各制御方式で特徴的な電流・電圧挙動から周期を算出することができ、モータ速度算出精度を上げることができる。
　次に、速度計算部２Ｃの他の処理フローについて説明する。図３は、本実施の形態１の速度計算部２Ｃの他の処理を示すフローチャートである。図３の処理フローは、速度算出部２の速度算出処理において、電源入力部の電源電圧値に応じて、図２ＡのステップＳ２に示した速度算出方法決定処理を省略してもよいことを特徴とする。
　電源投入後に（ステップＳ６１）、まず速度計算部２Ｃは、モータ速度算出方法決定フラグを初期化する（ステップＳ６２）。モータ速度算出方法決定フラグは、モータ速度算出方法が決定済みか否かを示すフラグである。
　そして、速度計算部２Ｃは、電源電圧が閾値以上であるか否かを判定し（ステップＳ６３）、電源電圧が規定値以上でない場合（ステップＳ６３，ＮＯ）、ステップＳ６２以降の処理を行う。
　電源電圧が規定値以上である場合（ステップＳ６３、ＹＥＳ）、速度計算部２Ｃは、モータ速度算出方法決定フラグを参照し、モータ速度算出方法が決定済みか否かを判定する（ステップＳ６４）。
　モータ速度算出方法が未定の場合（ステップＳ６４、ＮＯ）、速度計算部２Ｃは、例えば上述の速度算出方法決定フローによって速度算出方法を決定する（ステップＳ６６）。速度算出方法を決定すると、速度算出方法決定フラグを立てて（ステップＳ６７）、決定した速度算出方法で速度算出を行う（ステップＳ６５）。
　その後、電源電圧が規定値以上の間は、速度算出方法決定フラグが立っていることにより、速度計算部２Ｃは、速度算出方法決定フローを省略する（ステップＳ６４、ＹＥＳ）。この構成によれば、電源５から電源が供給され続けている間、速度算出方法決定フローを省略でき、速度算出所要時間を短くすることができる。
　次に、本実施の形態１におけるモータ駆動制御装置１０の電源遮断部１の詳細な構成について説明する。図４は、本実施の形態１におけるモータ駆動制御装置１０の電源遮断部１の詳細な構成を示す図である。なお、図１と同様、モータ駆動制御装置１０は速度算出部２、衝突判断部３、検知部４を備えるが、それらは図１と同一の構成であるため図示と説明を省略する。
　電源遮断部１は、リレースイッチ１ａと、ＮｃｈＭＯＳＦＥＴ１ｂと、ゲート抵抗１ｃと、ゲートソース間抵抗１ｄとを有している。リレースイッチ１ａは、例えばＨＩＧＨ側を電源線、ＬＯＷ側をＮｃｈＭＯＳＦＥＴ１ｂのドレインと接続し、ＮｃｈＭＯＳＦＥＴ１ｂのゲートをマイコン１１と接続することで、マイコン１１から制御可能である。
　この構成によれば、異常時にマイコン１１でリレースイッチ１ａの接続状態を切り替えて電源５から制御ユニット６への電源供給を遮断することができ、ブラシレスＤＣモータ７を停止させることができる。
　（実施の形態２）
　次に、本実施の形態２におけるモータ回転速度の速度算出方法の決定処理について説明する。図５Ａは、本実施の形態２の速度算出方法の決定処理を示すフローチャートである。実施の形態１との差異として、本実施の形態２では、速度算出部２が行う速度算出方法決定処理において、電圧値に基づき速度算出方法を切り替えることを特徴とする。なお、システム構成などの特に言及のない構成については、実施の形態１と同一の構成とし、説明を省略する。
　速度計算部２Ｃは、電圧検出部２Ｂから送られてきた電圧値を使用して速度算出方法の切替処理を行う。なお、速度算出においては、速度計算部２Ｃは、電流検出部２Ａから送られてくる電流値を使用してもよい。ブラシレスＤＣモータ７において、モータ速度はモータ駆動線の電流もしくは電圧周期を読み取ることで算出できるため、速度計算部２Ｃは、例えば、以下の処理フローによって、電流もしくは電圧周期を算出する。
　まず、速度計算部２Ｃは、既定時間電圧値を取得し（ステップＳ７１）、得られた電圧値がＨＩＧＨレベルおよびＬＯＷレベルの２種類のみか、その中間値があるかを判定する（ステップＳ７２）。
　得られた電圧値がＨＩＧＨレベルおよびＬＯＷレベルの２種類のみの場合（ステップＳ７２、ＹＥＳ）、速度計算部２Ｃは、速度算出方法を速度算出方法３に決定する（ステップＳ７４）。
　図５Ｂは、速度算出方法３による速度算出処理を示すフローチャートである。図５Ｂに示すように、速度計算部２Ｃは、電圧値を既定時間取得し（ステップＳ８１）、電圧値の移動平均を算出する（ステップＳ８２）。そして、速度計算部２Ｃは、電圧値の移動平均から電圧の周期を算出する（ステップＳ８３）。例えばモータ駆動がベクトル制御方式の場合、この算出方法で電圧周期を算出し、モータ速度を算出できる。
　図５ＡのステップＳ７２において、得られた電圧値にＨＩＧＨレベルおよびＬＯＷレベルのみではなく中間値がある場合（ステップＳ７２、ＮＯ）、速度計算部２Ｃは、速度算出方法を速度算出方法２に決定する（ステップＳ７３）。
　この場合、図２Ｅを用いて説明したように、速度計算部２Ｃは、電圧値から電圧１周期中の特徴点を取得し（ステップＳ４１）、この特徴点を既定回数取得した後に（ステップＳ４２、ＹＥＳ）、その間隔の移動平均を計算することで電圧周期を取得し（ステップＳ４３）、モータ速度を算出する。
　ここで、電圧１周期中の特徴点の取得は、例えば電圧値がＬＯＷからＨＩＧＨに切り替わり、かつ電流値が負から０に変化したタイミングを特徴点とする手法がある。モータ駆動が矩形波制御方式の場合は、この算出方法でモータ速度を算出できる。この構成によれば、モータ制御方式が不明な場合においても、各制御方式で特徴的な電圧挙動を抽出して周期を算出することができ、モータ速度算出精度を上げることができる。
　（実施の形態３）
　実施の形態３では、電流値による速度算出方法の切替処理と電圧値による速度算出方法の切替処理とを併用する。すなわち、実施の形態１と実施の形態２とは両方実施してもよい。この処理は、例えば図６に示すフローによって実施される。
　図６は、本実施の形態３の速度計算部２Ｃが行う速度算出処理を示すフローチャートである。速度計算部２Ｃは、電流検出部２Ａから送られてきた電流値を使用して速度算出方法の切替処理を行う。
　まず電源投入後、速度計算部２Ｃは、速度算出方法を決定する。そのために、速度計算部２Ｃは、最初に電流の１周期を取得する（ステップＳ９１）。
　電流の１周期を取得する方法としては、図２Ｃを用いて説明したように、例えば、電流値が０になった瞬間を起点とし、電流値が０である時間、電流値が０から変化して次に０になるまでの時間、電流値が再び０になっている時間、その次に再び電流値が０から変化して次に０になるまでの時間をそれぞれ測定し、全ての時間の和をとることで１周期を算出する方法がある。
　電流の１周期取得後、速度計算部２Ｃは、１周期内での電流値０の時間比率を算出する。その後、速度計算部２Ｃは、算出した時間比率が閾値以下か否かを判定する（ステップＳ９２）。
　時間比率が閾値以下の場合（ステップＳ９２、ＹＥＳ）、速度計算部２Ｃは、速度算出方法を速度算出方法１に決定する（ステップＳ９３）。
　速度算出方法１では、図２Ｄを用いて説明したように、速度計算部２Ｃは、電流の１周期を既定回数取得し（ステップＳ３２、ＹＥＳ）、その移動平均を算出する（ステップＳ３３）。
　速度計算部２Ｃは、モータ駆動がベクトル制御方式の場合は、基本的にこの算出方法で１周期を算出し、その算出結果からモータ速度を算出する（ステップＳ９４）。
　時間比率が閾値より大きい場合（ステップＳ９２、ＮＯ）、速度計算部２Ｃは、電圧検出部２Ｂから送られてきた電圧値を使用して速度算出方法の切替処理を行う。
　具体的には、速度計算部２Ｃは、既定時間電圧値を取得し（ステップＳ９５）、得られた電圧値がＨＩＧＨレベルおよびＬＯＷレベルの２種類のみか、その中間値があるかを判定する（ステップＳ９６）。
　得られた電圧値がＨＩＧＨレベルおよびＬＯＷレベルの２種類のみの場合（ステップＳ９６、ＹＥＳ）、速度算出方法３に決定する（ステップＳ９８）。
　速度算出方法３では、図５Ｂを用いて説明したように、速度計算部２Ｃは、電圧値を既定時間取得して（ステップＳ８１）、電圧値の移動平均を算出することで（ステップＳ８２）、電圧の周期を算出する（ステップＳ８３）。
　例えばモータ駆動がベクトル制御方式で電流値が小さく、電流値１周期の中の電流値０の時間比率判定で時間比率が閾値より大きい場合、速度計算部２Ｃは、この算出方法で電圧周期を算出し、モータ速度を算出する（ステップＳ９４）。
　得られた電圧値にＨＩＧＨレベルおよびＬＯＷレベルのみではなく中間値がある場合（ステップＳ９６、ＮＯ）、速度計算部２Ｃは、速度算出方法を速度算出方法２に決定する（ステップＳ９７）。
　速度算出方法２では、図２Ｅを用いて説明したように、速度計算部２Ｃは、電圧値から電圧１周期中の特徴点を取得し（ステップＳ４１）、特徴点を既定回数取得した後に（ステップＳ４２、ＹＥＳ）、その特徴点の間隔の移動平均を計算することで電圧周期を取得する（ステップＳ４３）。
　そして、速度計算部２Ｃは、取得した電圧周期からモータ速度を算出する（ステップＳ９４）。
　電圧１周期中の特徴点の取得する手法には、例えば電圧値がＬＯＷからＨＩＧＨに切り替わり、かつ電流値が負から０に変化したタイミングを特徴点とする手法がある。モータ駆動が矩形波制御方式の場合は、この算出方法でモータ速度を算出できる。
　なお、図６において、電流値による速度算出方法の切替の判断と、電圧値による速度算出方法の切替の判断とは、その処理順番を入れ替えてもよい。この構成によれば、各制御方式で特徴的な電流、電圧挙動のどちらか一方が判別しにくい場合でも、もう一方の値を利用して周期を算出することができ、モータ速度算出精度を上げることができる。
　（実施の形態４）
　次に、本実施の形態４におけるモータ駆動制御装置１０の構成について説明する。図７は、本実施の形態４のモータ駆動制御装置１０のシステムブロック図である。図７において、図４と同一の構成については同一の符号を付して、説明を省略する。なお、図１と同様、モータ駆動制御装置１０は速度算出部２、衝突判断部３、検知部４を備えるが、それらは図１と同一の構成であるため図示と説明を省略する。
　実施の形態１との差異として、本実施の形態４では、制御ユニット接続切替部１８と、疑似負荷部１９と、ショートブレーキ部２０とを有することを特徴とする。このことで、モータ駆動対象物に元々備えられた制御ユニット６は、出力先が変更されたことによるエラーの発生を防止できる。
　制御ユニット接続切替部１８は、リレースイッチ１８ａと、ＮｃｈＭＯＳＦＥＴ１８ｂと、ゲート抵抗１８ｃと、ゲートソース間抵抗１８ｄとを有している。制御ユニット接続切替部１８は、リレースイッチ１ａが接続状態を切り替えるのと同時に、制御ユニット６からのモータ駆動線の接続先を、モータ駆動制御装置１０内でモータ７から疑似負荷部１９に切替える。
　接続切替動作は１つの入力でモータ駆動線３層全ての接続が切り替わることが望ましく、このような動作を実現するものとして、例えば３極ｃ接点のリレースイッチ１８ａが挙げられる。リレースイッチ１８ａは、例えばＨＩＧＨ側を電源線、ＬＯＷ側をＮｃｈＭＯＳＦＥＴ１８ｂのドレインと接続し、ＮｃｈＭＯＳＦＥＴ１８ｂのゲートをマイコン１１と接続することで、マイコン１１から制御可能である。
　疑似負荷部１９は、モータ７を模擬する負荷を介し、モータ駆動線同士をモータ内部での接続状態と同様に接続する。モータの疑似負荷は例えば抵抗でよく、ここでは疑似負荷抵抗１９ａ～１９ｃが用いられている。
　電源遮断部１は、リレースイッチ１ａと、ＮｃｈＭＯＳＦＥＴ１ｂと、ゲート抵抗１ｃと、ゲートソース間抵抗１ｄとを有している。リレースイッチ１ａは、例えばＨＩＧＨ側を電源線、ＬＯＷ側をＮｃｈＭＯＳＦＥＴ１ｂのドレインと接続し、ＮｃｈＭＯＳＦＥＴ１ｂのゲートをマイコン１１と接続することで、マイコン１１から制御可能にしたスイッチである。
　このような構成により、電源遮断部１による電源遮断後、制御ユニット接続切替部１８による切替を行うことで、制御ユニット６内部の電解コンデンサ残留電荷等によるモータ駆動信号出力停止遅延の影響を小さくすることができ、モータ７停止の所要時間を短くすることができる。
　ショートブレーキ部２０は、制御ユニット接続切替部１８により制御ユニット６とモータ７の接続が切り離された後、モータ７側のモータ駆動線をＧＮＤに接続する。ショートブレーキ部２０は、ショートブレーキスイッチ２０ｂ、ＮｃｈＭＯＳＦＥＴ２０ｃ、ゲート抵抗２０ｄ、ゲートソース間抵抗２０ｅを含む。接続の切替はショートブレーキスイッチ２０ｂによって行う。
　接続切替動作は１つの入力でモータ駆動線３層全ての接続が切り替わることが望ましく、このような動作を実現するものとして、例えば３極ａ接点や３極ｃ接点のリレースイッチが挙げられる。
　ショートブレーキスイッチ２０ｂは、例えばＨＩＧＨ側を電源線、ＬＯＷ側をＮｃｈＭＯＳＦＥＴ２０ｃのドレインと接続し、ＮｃｈＭＯＳＦＥＴ２０ｃのゲートをマイコン１１と接続することで、マイコン１１から制御可能である。
　かかる構成により、制御ユニット接続切替部１８により制御ユニット６とモータ７の接続が切り離された後、モータ７側のモータ駆動線をＧＮＤに接続することで、モータ７内のコイルに残留している磁気エネルギを解放し、さらにモータ７を素早く停止することができる。
　ただし、制御ユニット６内部の貫通電流を防ぐために、ショートブレーキスイッチ２０ｂが動作する時は、制御ユニット接続切替部１８により、制御ユニット６とモータ７の接続が切り離されている時に限定することが望ましい。
　（実施の形態５）
　次に、本実施の形態５におけるモータ駆動制御装置１０の詳細な構成について説明する。図８は、本実施の形態５のモータ駆動制御装置１０のシステムブロック図である。図８において、図４または図７と同一の構成については同一の符号を付して、説明を省略する。なお、図１と同様、モータ駆動制御装置１０は速度算出部２、衝突判断部３、検知部４を備えるが、それらは図１と同一の構成であるため図示と説明を省略する。
　実施の形態１または３との差異として、本実施の形態５では、制御ユニット接続切替部１８による接続切替によって発生する電圧を、ショートブレーキスイッチ２０ｂの接続状態切替の入力に直接使用することを特徴とする。
　例えば、図８に示すように、疑似負荷部１９は、ダイオード１９ｄ～１９ｉを用いた整流回路と疑似負荷抵抗１９ｂを含む形で構成される。制御ユニット接続切替部１８により、制御ユニット６とモータ７の接続が切り離された時、制御ユニット６から印加される電圧によって、ショートブレーキスイッチ２０ｂの両端に電圧が印加され、ショートブレーキスイッチ２０ｂがＯＮになる。
　この構成によれば、制御ユニット接続切替部１８とショートブレーキスイッチ２０ｂの接続切替順序を規制することができ、制御ユニット接続切替部１８の切替前にショートブレーキスイッチ２０ｂが切替られることを防ぐことができる。
　また、ショートブレーキ動作基準電圧点２０ａの電圧を直接利用してショートブレーキスイッチ２０ｂがＯＮにされるため、マイコン１１でショートブレーキ動作基準電圧点２０ａの電圧を読み取り、ショートブレーキスイッチ２０ｂをＯＮにする処理を行う場合よりも短時間でショートブレーキを起動させることができ、モータ停止までの所要時間を短くすることができる。
　（実施の形態６）
　次に、本実施の形態６におけるモータ駆動制御装置１０の詳細な構成について説明する。図９は、本実施の形態６のモータ駆動制御装置のシステムブロック図である。図９において、図４，図７または図８と同一の構成については同一の符号を付して、説明を省略する。なお、図１と同様、モータ駆動制御装置１０は速度算出部２、衝突判断部３、検知部４を備えるが、それらは図１と同一の構成であるため図示と説明を省略する。
　実施の形態１、４または５との差異として、本実施の形態６では、マイコン１１によって接続状態が切り替えられるマイコン用ショートブレーキスイッチ２０ｇを有することを特徴とする。
　ショートブレーキ部２０は、ショートブレーキスイッチ２０ｂ、マイコン用ショートブレーキスイッチ２０ｇ、ＮｃｈＭＯＳＦＥＴ２０ｈ、ゲート抵抗２０ｉ、ゲートソース間抵抗２０ｊを有している。
　ショートブレーキ動作基準電圧点２０ａの電圧はマイコン１１のＡ／Ｄコンバータで検知される。この電圧は、コンパレータを用いてマイコンのデジタル入力ポートで検知されてもよい。マイコン１１はこの電圧値に応じて、マイコン用ショートブレーキスイッチ２０ｇをＯＮにするための出力を行う。
　マイコン用ショートブレーキスイッチ２０ｇは、接続切替動作が１つの入力でモータ駆動線３層全ての接続が切り替わるものが望ましく、このような動作を実現するものとして、例えば３極ａ接点や３極ｃ接点のリレースイッチが挙げられる。
　リレースイッチは、例えばＨＩＧＨ側を電源線、ＬＯＷ側をＮｃｈＭＯＳＦＥＴ２０ｈのドレインと接続し、ＮｃｈＭＯＳＦＥＴ２０ｈのゲートをマイコン１１と接続することで、マイコン１１から制御可能である。なお、マイコン１１とマイコン用ショートブレーキスイッチ２０ｇの電源線は、電源遮断部１によって遮断されないよう、電源５と電源遮断部１との間に接続するのがよい。
　マイコン１１は、マイコン用ショートブレーキスイッチ２０ｇをＯＮにするための出力を既定の解除状態となるまでし続ける。なお、既定の解除状態とは、例えば電源５からモータ駆動制御装置１０への電源入力が途絶した場合や、モータ駆動制御装置１０内部もしくは外部からショートブレーキ解除信号の入力があった場合、モータの速度算出結果からモータが止まっていることが確認された場合などである。
　この構成によれば、制御ユニット６の残留電荷が完全に解放されて制御ユニット６からモータ駆動線への出力が無くなり、ショートブレーキ動作基準電圧点２０ａの電圧が下がってショートブレーキスイッチ２０ｂがＯＦＦとなった後も、マイコン用ショートブレーキスイッチ２０ｇはＯＮ状態を維持でき、ショートブレーキ部２０の接続状態を維持することで、モータ７をより早く停止させることができる。
　本開示のモータ駆動制御装置は、電源線とモータ駆動線との接続のみで機能し、安全性を必要とするロボットや電動台車等のブラシレスＤＣモータを使用する製品に広く利用することができる。
　１０　　モータ駆動制御装置
　１　　　電源遮断部
　１ａ　　リレースイッチ
　１ｂ　　ＮｃｈＭＯＳＦＥＴ
　１ｃ　　ゲート抵抗
　１ｄ　　ゲートソース間抵抗
　２　　　速度算出部
　２ａ　　電流検出部
　２ｂ　　電圧検出部
　２ｃ　　速度計算部
　３　　　衝突判定部
　４　　　検知部
　５　　　電源
　６　　　制御ユニット
　６Ａ　　ドライバ回路
　６Ｂ　　インバータ回路
　６Ｃ　　制御回路
　７　　　ブラシレスＤＣモータ
　８Ａ　　第一入力部
　８Ｂ　　第一出力部
　８Ｃ　　第二入力部
　８Ｄ　　第二出力部
　１１　　マイコン
　１８　　制御ユニット接続切替部
　１８ａ　リレースイッチ
　１８ｂ　ＮｃｈＭＯＳＦＥＴ
　１８ｃ　ゲート抵抗
　１８ｄ　ゲートソース間抵抗
　１９　　疑似負荷部
　１９ａ　疑似負荷抵抗
　１９ｄ　ダイオード
　２０　　ショートブレーキ部
　２０ａ　ショートブレーキ動作基準電圧点
　２０ｂ　リレースイッチ
　２０ｃ　ＮｃｈＭＯＳＦＥＴ
　２０ｄ　ゲート抵抗
　２０ｅ　ゲートソース間抵抗
　２０ｇ　マイコン用ショートブレーキスイッチ
　２０ｈ　ＮｃｈＭＯＳＦＥＴ
　２０ｉ　ゲート抵抗
　２０ｊ　ゲートソース間抵抗

Claims (8)

  1. 　電源からの電力供給を受けた制御ユニットがモータを制御することで駆動する駆動体に対して、前記モータの制御を行うモータ駆動制御装置であって、
    　前記電源から前記制御ユニットへの第一電流が入力される第一入力部と、
    　前記第一入力部から入力された前記第一電流を前記制御ユニットへ出力する第一出力部と、
    　前記第一入力部と前記第一出力部との間に設けられ、前記第一出力部の出力状態を切り替える遮断部と、
    　前記制御ユニットから前記モータへの第二電流が入力される第二入力部と、
    　前記第二入力部から入力された前記第二電流を前記モータへ出力する第二出力部と、
    　前記第二入力部と前記第二出力部との間に設けられ、前記モータの回転速度を算出する演算部と、
    　を備える、モータ駆動制御装置。
  2. 　前記演算部は、前記第二電流の電流値に基づき速度算出方法を決定し、決定した速度算出方法により前記モータの回転速度を算出する、
    　請求項１記載のモータ駆動制御装置。
  3. 　前記演算部は、前記第二電流の電圧値に基づき速度算出方法を決定し、決定した速度算出方法により前記モータの回転速度を算出する、
    　請求項１記載のモータ駆動制御装置。
  4. 　前記演算部は、前記第一電流が入力され続ける間、前記速度算出方法を決定する処理を一度のみ実施する、
    　請求項２または３記載のモータ駆動制御装置。
  5. 　前記第二入力部と前記第二出力部との接続状態を切り替える第一切替部と、
    　前記モータに残留する磁気エネルギを解放するショートブレーキ部と、
    　をさらに備え、
    　前記ショートブレーキ部は、前記第二出力部との接続状態を切り替える第二切替部を有する、
    　請求項１記載のモータ駆動制御装置。
  6. 　前記第二切替部は、前記第一切替部による接続切替の結果生じる電圧によって、前記ショートブレーキ部と前記第二出力部との接続状態を切り替える、
    　請求項５記載のモータ駆動制御装置。
  7. 　前記第二電流に対して抵抗となる負荷部をさらに備え、
    　前記第一切替部は、前記第二入力部と前記第二出力部とを切断した状態において、前記第二入力部と前記負荷部とを接続する、
    　請求項５または６記載のモータ駆動制御装置。
  8. 　環境情報を取得するセンサ部を備え、
    　前記遮断部は、前記センサ部により取得された環境情報と、前記演算部により算出された前記モータの回転速度とに基づき、前記第一出力部の出力状態を切り替える、
    　請求項１に記載のモータ駆動制御装置。
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