特開 2024-95254 ドライバ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024095254

(43)【公開日】2024-07-10

(54)【発明の名称】ドライバ

(51)【国際特許分類】

   H02P 21/22 20160101AFI20240703BHJP

【ＦＩ】

H02P21/22

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022212403

(22)【出願日】2022-12-28

(71)【出願人】

【識別番号】000002945

【氏名又は名称】オムロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002860

【氏名又は名称】弁理士法人秀和特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】桐淵 岳

【テーマコード（参考）】

5H505

【Ｆターム（参考）】

5H505AA18

5H505CC04

5H505CC05

5H505DD03

5H505DD08

5H505EE30

5H505EE41

5H505EE55

5H505GG01

5H505GG02

5H505GG04

5H505LL07

5H505LL28

5H505LL41

5H505LL45

5H505LL50

(57)【要約】

【課題】モータの運転状態への影響を可及的に抑制しつつ、モータに関連する外部装置への安定した電力供給を実現する。
【解決手段】外部から供給された電力の一部を抽出する抽出部と、該抽出部により抽出された電力を外部装置に供給する供給部と、を備えるモータに対して、又は、該抽出部と該供給部が設けられたモータ用動力線に対して、駆動電力を供給するドライバであって、モータの運転状態に基づいて、抽出部を介して外部装置に第１電力を供給するために、モータの駆動電流におけるｄ軸電流値の調整が必要か否かを判定する判定部と、判定部による判定結果に基づいて、モータの駆動に必要な駆動電力と第１電力を含む所定電力を抽出部に対して出力する出力部と、を備える。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

外部から供給された電力の一部を抽出する抽出部と、該抽出部により抽出された電力を外部装置に供給する供給部と、を備えるモータに対して、又は、該抽出部と該供給部が設けられたモータ用動力線に対して、駆動電力を供給するドライバであって、
前記モータの運転状態に基づいて、前記抽出部を介して前記外部装置に第１電力を供給するために、前記モータの駆動電流におけるｄ軸電流値の調整が必要か否かを判定する判定部と、
前記判定部による判定結果に基づいて、前記モータの駆動に必要な駆動電力と前記第１電力を含む所定電力を前記抽出部に対して出力する出力部と、
を備える、ドライバ。

【請求項2】

前記モータの運転状態が、該モータの駆動電流と回転速度に基づいて算出される、前記抽出部により抽出される抽出電力が所定の閾値電力を超える領域に属する場合、前記判定部は、前記第１電力を供給するために前記ｄ軸電流値の調整は必要ではないと判定し、
前記出力部は、前記モータの駆動に必要な駆動電力に対応するｄ軸電流を調整せずに前記所定電力を出力する、
請求項１に記載のドライバ。

【請求項3】

前記モータの運転状態が、該モータの駆動電流と回転速度に基づいて算出される、前記抽出部により抽出される抽出電力が所定の閾値電力を超えない領域に属する場合、前記判定部は、前記第１電力を供給するために前記ｄ軸電流値の調整は必要であると判定し、
前記出力部は、前記モータの駆動に必要な駆動電力に対応するｄ軸電流に対して、追加ｄ軸電流を重畳して前記所定電力を出力する、
請求項１又は請求項２に記載のドライバ。

【請求項4】

更に、前記モータの回転速度が所定の閾値より高い場合、前記出力部は、前記モータの駆動に必要な駆動電力に対応するｄ軸電流に対して、ｄ軸電流値が時間経過とともに変動しない方式で前記追加ｄ軸電流を重畳して前記所定電力を出力する、
請求項３に記載のドライバ。

【請求項5】

更に、前記モータの回転速度が所定の閾値以下である場合、前記出力部は、前記モータの駆動に必要な駆動電力に対応するｄ軸電流に対して、ｄ軸電流値が時間経過とともに変動する方式で前記追加ｄ軸電流を重畳して前記所定電力を出力する、
請求項３に記載のドライバ。

【請求項6】

前記追加ｄ軸電流は、時間経過とともに電流値が変動する第１要素と、時間経過とともに電流値が変動しない第２要素と、を含む、
請求項５に記載のドライバ。

【請求項7】

前記モータの駆動電流と回転速度に基づいて前記抽出部により抽出される電力を推定する電力推定部を更に備え、
前記出力部は、前記電力推定部によって推定された前記抽出される電力に基づいて、前記追加ｄ軸電流を生成し、前記モータの駆動に必要な駆動電力に重畳する、
請求項５に記載のドライバ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ドライバに関する。

【背景技術】

【0002】

様々な目的で負荷を駆動するためのモータにとって、その制御を正確に実行するためにはモータの状態を把握する必要があり、一般にはエンコーダ等の検出装置が利用されている。エンコーダを駆動するためには電力を供給しなければならないが、一般には、サーボシステム（例えば、ドライバ）等とエンコーダとをケーブルで結び、そのケーブルを介して電力供給を行う場合がある。また、別法として、特許文献１には、サーボシステム側と無線通信を行うエンコーダに対して、その電力を外部から無線で供給する構成が開示されている。

【0003】

また、特許文献２には、モータの駆動電力にエンコーダ等の外部装置の駆動に必要な電力を重畳させて一度モータに供給し、その後、モータで供給電力の一部を抽出して外部装置に電力供給を行う構成が開示されている。当該技術では、モータの駆動電流におけるｄ軸電流値を調整することで外部装置のための供給電力の重畳が行われる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００１－２９７３８９号公報

【特許文献2】国際公開２０２２／１８６２００号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

モータに取り付けられるエンコーダで消費される電力は、モータでの消費電力と比べると小さいものの、駆動するモータの状態を常にモニターする必要があるため、安定した電力供給が求められる。有線ケーブルでエンコーダとモータのドライバをつなぐことで電力供給を行うのが一般であるが、その場合、モータの動力線に加えて、エンコーダに関するケーブルを配線する必要があり、配線の作業負荷の増加やケーブルに起因するコスト増加等が生じ得る。

【0006】

また、エンコーダ等の外部装置への電力供給の形態において、先行技術において開示されているように、モータ駆動のための駆動電流に含まれるｄ軸電流を利用する場合、モータの運転状態（回転速度やトルク等で画定される状態）への影響を考慮する必要がある。一般にｄ軸電流はモータ駆動のための磁界形成と強い相関を有している。そのため、外部装置への電力供給を優先してｄ軸電流値を決定してしまうと、所望のモータ駆動が阻害されてしまうおそれがある。

【0007】

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、モータの運転状態への影響を可及的に抑制しつつ、モータに関連する外部装置への安定した電力供給を実現する技術を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本願開示のドライバは、外部から供給された電力の一部を抽出する抽出部と、該抽出部により抽出された電力を外部装置に供給する供給部と、を備えるモータに対して、又は、該抽出部と該供給部が設けられたモータ用動力線に対して、駆動電力を供給するように構成される。そして、当該ドライバは、前記モータの運転状態に基づいて、前記抽出部を介
して前記外部装置に第１電力を供給するために、前記モータの駆動電流におけるｄ軸電流値の調整が必要か否かを判定する判定部と、前記判定部による判定結果に基づいて、前記モータの駆動に必要な駆動電力と前記第１電力を含む所定電力を前記抽出部に対して出力する出力部と、を備える。

【0009】

上記モータは、単相の交流モータでもよく三相の交流モータでもよい。また、モータの巻線部でのコイルの結線態様は、いわゆるデルタ結線でもよくスター結線（もしくはＹ結線）でもよい。また、モータのステータに対する巻線部のコイルの巻き方については、分布巻きでも集中巻きでもよい。すなわち、本発明のモータにおいて、巻線部の具体的な形成については、特段に制限する意図は無い。

【0010】

そして、抽出部はモータの巻線部やモータとドライバを繋ぐ動力線に対して、電力を抽出可能となるように配置される限りにおいて、抽出部の具体的な形態や構成は特定の態様に限定されるものではない。例えば、前記抽出部は、モータの巻線部や動力線に対して、それらに供給されている電力の一部がその一次コイルに入力されるように配置されたトランス構造が形成されるように配置され、該トランス構造を介して前記電力の一部を抽出するように構成されてもよい。トランス構造は、単巻型の変圧器、複巻型の変圧器のいずれでもよい。なお、単巻型の変圧器の場合、二次コイルは、一次コイルの一部を両者で共有する部分のコイルをいう。

【0011】

そして、トランス構造の二次コイルからは、一次コイルを流れる交流電流およびトランス構造による巻線比（一次コイルの巻線数に対する二次コイルの巻線数の比）に応じた交流電流が抽出される。そして、供給部が抽出された交流電流を整流して外部装置に供給する。なお、供給部は、必要に応じて、整流後の電圧を、外部装置の駆動に適した電圧に変圧しても構わない。また、供給部は、整流後の電力を二次電池に蓄電しておくことで、外部装置に、より安定した電力供給を行うことができる。

【0012】

ここで、ドライバからモータ又は動力線に、モータの駆動電流におけるｄ軸電流値を調整することで供給された電力の一部が抽出部によって抽出され、その抽出された電力は、供給部を介して外部装置に供給され得る。しかし、ｄ軸電流は基本的にはモータのトルクに寄与しない（寄与しにくい）駆動電流とされているが、ｄ軸電流がモータの巻線部を流れることで、モータ内部（ステータ、ロータ等）に形成される磁界に変化が生じ得る。そのため、外部装置への電力供給の結果、モータの駆動に好ましくない影響が及ぶ可能性がある。

【0013】

そこで、上記ドライバにおいては、判定部によってモータの運転状態に基づいて、外部装置への第１電力の供給のために、ｄ軸電流値の調整が必要か否かが判定される。そして、その判定結果に基づいて、少なくともモータの駆動に必要な駆動電力と第１電力とを含む所定電力が出力部によって出力される。なお、出力部による所定電力の出力には、ｄ軸電流値の調整を介した電力出力と、ｄ軸電流値の調整を介さない電力出力の両者が含まれる。モータの運転状態を表す所定のパラメータとしては、モータの駆動に要する電力に関連する、その回転速度やトルク（駆動電流値）等が例示できる。このようにモータの運転状態に基づいて、電力供給のためのｄ軸電流値の要否判定を行うことで、電力供給に起因してモータの運転状態が乱れてしまうことを回避することができる。なお、外部装置は、前記モータに取り付けられたエンコーダであってもよく、別法として、モータの内部や外部に配置された、温度センサや振動センサ等のセンサ装置であってもよい。

【0014】

ここで、上記のドライバにおいて、前記モータの運転状態が、該モータの駆動電流と回転速度に基づいて算出される、前記抽出部により抽出される抽出電力が所定の閾値電力を超える領域に属する場合、前記判定部は、前記第１電力を供給するために前記ｄ軸電流値
の調整は必要ではないと判定してもよい。その場合、前記出力部は、前記モータの駆動に必要な駆動電力に対応するｄ軸電流を調整せずに前記所定電力を出力する。モータの運転状態が、抽出電力が所定の閾値電力を超える領域に属している場合、一般的に、モータの回転速度が比較的高くそのトルクも比較的高い、いわゆる高速高トルク領域に属している状態と言える。そこで、モータへの駆動電流が抽出部に流れ込んで電力の抽出が行われる構成を踏まえ、このような場合には、上記の通り、ｄ軸電流値の調整を伴わない形でドライバからの電力供給を行い、以て出力部により所定電力の出力が行われる。

【0015】

また、上述までのドライバにおいて、前記モータの運転状態が、該モータの駆動電流と回転速度に基づいて算出される、前記抽出部により抽出される抽出電力が所定の閾値電力を超えない領域に属する場合、前記判定部は、前記第１電力を供給するために前記ｄ軸電流値の調整は必要であると判定してもよい。その場合、前記出力部は、前記モータの駆動に必要な駆動電力に対応するｄ軸電流に対して、追加ｄ軸電流を重畳して前記所定電力を出力する。すなわち、モータの運転の安定性の観点からｄ軸電流値の調整余裕がある場合には、判定部によりｄ軸電流値の調整は必要であると判断され、それに従って出力部により所定電力の出力が行われる。

【0016】

ここで、ｄ軸電流値の調整が必要と判定される形態に関し、更に、前記モータの回転速度が所定の閾値より高い場合、前記出力部は、前記モータの駆動に必要な駆動電力に対応するｄ軸電流に対して、ｄ軸電流値が時間経過とともに変動しない方式で前記追加ｄ軸電流を重畳して前記所定電力を出力してもよい。所定の閾値は、抽出部における電力抽出の効率が比較的高くなる、駆動電流の電気角周波数に対応するモータの回転速度である。したがって、モータの回転速度が所定の閾値より高い場合には、抽出部における電力抽出の効率が比較的高く見込まれるため、ｄ軸電流値が時間経過とともに変動しない方式で制御すればよい。

【0017】

一方で、モータの回転速度が所定の閾値以下である場合には、抽出部における高効率の電力抽出が見込まれにくいため、前記出力部は、前記モータの駆動に必要な駆動電力に対応するｄ軸電流に対して、ｄ軸電流値が時間経過とともに変動する方式で前記追加ｄ軸電流を重畳して前記所定電力を出力してもよい。また、前記ｄ軸電流値が時間経過とともに変動する方式の一例として、モータの回転速度に対応する電気角周波数より高い周波数で変動させればよい。なお、ｄ軸電流値が時間経過とともに変動する推移として、正弦波形状の推移、矩形波形状の推移、三角波形状の推移等を採用することができる。また、前記追加ｄ軸電流は、時間経過とともに電流値が変動する第１要素と、時間経過とともに電流値が変動しない第２要素と、を含んでもよい。このように両者の要素が含まれることで、単位時間あたりに供給できる電力を効率的に増加させることができる。

【0018】

また、上記のドライバは、前記モータの駆動電流と回転速度に基づいて前記抽出部により抽出される電力を推定する電力推定部を更に備えてもよく、その場合、前記出力部は、前記電力推定部によって推定された前記抽出される電力に基づいて、前記追加ｄ軸電流を生成し、前記モータの駆動に必要な駆動電力に重畳する。電力推定部を備えることで外部装置への電力供給に必要な電力を的確に把握することが可能となる。このことはモータの運転状態に影響を及ぼし得るｄ軸電流値の調整に際して極めて重要なことであり、安定したモータの運転と、安定した外部装置への電量供給の両立が好適に図られることになる。

【発明の効果】

【0019】

モータの運転状態への影響を可及的に抑制しつつ、モータに関連する外部装置への安定した電力供給を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】モータを駆動制御する制御システムの概略構成を示す図である。

【図2】モータの概略構成を示す図である。

【図3】モータの巻線部、および巻線部に対して設けられたトランス構造の配置を模式的に示す第１の図である。

【図4】モータの回転速度と発揮されるトルクとの相関を示す図である。

【図5】ドライバによるモータへの電力供給制御の流れを示すフローチャートである。

【図6】電力供給制御において、トランス構造により抽出される電力を推定するためのモデル回路を示す図である。

【図7】電力供給のためのｄ軸電流値の増加形態を示す図である。

【図8】モータの巻線部、および巻線部に対して設けられたトランス構造の配置を模式的に示す第２の図である。

【図9】モータの巻線部、および巻線部に対して設けられたトランス構造の配置を模式的に示す第３の図である。

【図10】変形例に係るモータの概略構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

＜実施形態＞
図１は、モータの駆動制御を行う制御システムの概略構成を示す図である。先ず、制御システムについて説明する。制御システムは、ＰＬＣ(Programmable Logic Controller)
５が、上位コントローラとしてネットワーク１に接続されている。そして、そのネットワーク１には、複数台のサーボドライバ（以下、「ドライバ」という）４が接続され、ＰＬＣ５との信号の授受が可能となるように構成されている。なお、図１においては、１台のドライバ４について、代表的にその機能的な構成を詳細に記載しているが、他のドライバ４ａ、４ｂについてもドライバ４と同等の機能的構成を有している。また、モータ２は、ドライバ４と動力線１１で接続され、駆動電力の供給を受けている。同じように、モータ２ａ、２ｂは、それぞれ動力線１１ａ、１１ｂを介してドライバ４ａ、４ｂから駆動電力の供給を受けている。以降、モータおよびドライバの構造については、代表的にモータ２およびドライバ４に基づいて説明する。

【0022】

ここで、モータ２は、所定の負荷装置を駆動するために、ＰＬＣ５からの指令に従って駆動制御される。一例として、負荷装置としては、各種の機械装置（例えば、産業用ロボットのアームや搬送装置）が例示でき、モータ２はその負荷装置を駆動するアクチュエータとして装置内に組み込まれている。また、モータ２は、ＡＣサーボモータである。別法として、モータ２は誘導モータやＤＣモータであってもよい。モータ２は、コイルがステータコアに巻かれて形成された巻線部を含むステータと、永久磁石が組み込まれたロータとを有するモータ本体２１と、当該ロータの回転に連動して回転する検出円盤を有し、ロータの回転状態を検出可能なエンコーダ２２を備える。エンコーダ２２による回転検出は、インクリメンタル方式であってもよく、アブソリュート方式であってもよい。

【0023】

エンコーダ２２による検出信号は、後述するドライバ４が有する通信部４２を介して、無線でドライバ４に送信される。送信された検出信号は、同じく後述するドライバ４が有する制御部４１におけるサーボ制御に供される。エンコーダ２２による検出信号は、例えば、モータ２の回転軸の回転位置（角度）についての位置情報、その回転軸の回転速度の情報等を含む。

【0024】

ここで、ドライバ４は、制御部４１、通信部４２、電力変換部４３を有する。制御部４１は、ＰＬＣ５からの指令に基づいたモータ２のサーボ制御を司る機能部である。制御部４１は、ネットワーク１を介してＰＬＣ５からモータ２の動作（モーション）に関する動作指令信号とエンコーダ２２から出力された検出信号を受けとって、モータ２の駆動に関
するサーボ制御、すなわち、モータ２の動作に関する指令値を算出する。制御部４１は、位置制御器、速度制御器、電流制御器を利用したフィードバック制御等を実行する。また、制御部４１は、ドライバ４で行われる、モータ２のサーボ制御以外の制御も司るように構成される。

【0025】

通信部４２は、エンコーダ２２とドライバ４との間の無線通信を司る機能部である。ドライバ４の通信部４２は、無線通信を開始するに当たり、自己の通信対象となるエンコーダを識別する処理により、エンコーダ２２が無線通信の対象であることを特定している。したがって、通信部４２は、モータ２ａのエンコーダやモータ２ｂのエンコーダと混線して無線通信を行うことはない。同様に、モータ２ａのエンコーダ、モータ２ｂのエンコーダは、それぞれ、ドライバ４ａ、４ｂとのみ無線通信を行う。電力変換部４３は、制御部４１で算出されたモータ２の動作に関する指令値に基づいて、モータ２に駆動電力を、動力線１１を介して供給する。なお、この供給電力の生成には、交流電源７からドライバ４に対して送られる交流電力が利用される。本実施例では、ドライバ４は三相交流を受けるタイプのものであるが、単相交流を受けるタイプのものでもよい。別法として、ドライバ４は直流を受けるタイプのものでもよい。

【0026】

次に、モータ２の概略構成について、図２に基づいて説明する。モータ２は、三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の交流モータであり、モータ本体２１とエンコーダ２２を有する。モータ本体２１には、ロータ２１２とステータ２１３が含まれる。ロータ２１２には永久磁石が組み込まれ、回転可能に支持されている。ステータ２１３には、電磁鋼板で形成されたステータコアにコイルが巻かれ、巻線部２５が形成されている。本実施形態では、巻線部２５における各相の結線態様はＹ結線であるが、それに代えてデルタ結線であっても構わない。また、ステータコアに対するコイルの巻き方は、本実施形態では分布巻き、集中巻きのどちらであっても構わない。図２に示す構成はあくまでも概略的なものであり、本発明の技術思想は、モータの具体的な構成にかかわらず適用することが可能である。

【0027】

ドライバ４から駆動電力を供給するための動力線１１は、コネクタ２１１に接続される。コネクタ２１１は、巻線部２５の各相に接続されている。そして、モータ２においては、巻線部２５に対してトランス構造（図３に示す５３、６３、７３を参照。詳細は後述する。）が配置され、そのトランス構造を利用して、巻線部２５のコイルに供給された駆動電力の一部をエンコーダの電力として抽出する抽出部２１４が設けられている。すなわち、抽出部２１４は、モータ本体２１の巻線部２５に流れている交流電流をトランス構造の一次コイル側に流すことで、二次コイル側にエンコーダ２２の駆動電流として利用できる電流を抽出する。

【0028】

抽出部２１４は、トランス構造の２次コイルから出力される交流電流による電力を、エンコーダ２２のための電力として抽出する。そこで、供給部２１５によって整流され、必要に応じて供給部２１５が有するＤＣ―ＤＣコンバータによってエンコーダ２２の駆動に適した直流電圧に昇降圧される。供給部２１５は、エンコーダ２２がモータ本体２１に取り付けられた状態で、直流電力をエンコーダ２２側に、特に、ロータ２１２の回転の検出処理を行う処理部２２１に供給可能となるように、エンコーダ２２に対して電気的に接続された状態が形成される。また、供給部２１５は、整流後の直流電力を蓄電できる二次電池を有していてもよい。その場合、巻線部２５に駆動電流が流れない期間や、もしくは駆動電流が極めて低い期間においても、エンコーダ２２に対して電力を供給することができる。

【0029】

また、本実施形態のモータ２では、抽出部２１４による抽出処理を利用して、モータ本体２１の巻線部２５とエンコーダ２２の処理部２２１との間で所定信号の授受が可能となるように構成される。当該所定信号の授受は、信号交換部２１６により、上記のトランス
構造を利用して実現される。巻線部２５から処理部２２１に所定信号を送る場合には、巻線部２５のコイルに所定信号を重畳させた電流を流すとともに当該電流がトランス構造の一次コイル側を流れることで、抽出部２１４がトランス構造の二次コイル側において所定信号に対応する電流を生成することができる。そして、信号交換部２１６により、この抽出された対応電流が処理部２２１に渡される。この場合、所定信号の持つ情報を正確に伝えるために、信号交換部２１６は、抽出部２１４によって抽出された対応電流に対して整流処理は行わない。一方で、抽出された対応電流が微弱な場合には、信号交換部２１６は所定の増幅処理を行ってもよい。

【0030】

また、処理部２２１から巻線部２５に所定信号を送る場合には、信号交換部２１６を介してトランス構造の二次コイル側に所定信号を含む電流を流すことで、抽出部２１４がトランス構造の一次コイル側に所定信号に対応する電流を生成し、それを巻線部２５のコイルに流すことができる。なお、この場合も、信号交換部２１６によって所定信号に対して所定の増幅処理を行ってもよい。巻線部２５のコイルは、動力線１１を介してドライバ４に電気的に接続されているため、処理部２２１から出された所定信号に対応する電流を介して、エンコーダ２２からドライバ４に対して所定信号を送信することができる。上述したように、エンコーダ２２とドライバ４との間には、通信部４２を介した無線通信が可能となるように構成されているが、信号交換部２１６を介した所定信号の授受は、当該無線通信が可能となる前の状態等、一定の条件の下で有用な通信形態である。

【0031】

次に、モータ本体２１の巻線部２５、および巻線部２５に対して設けられたトランス構造の配置について図３に基づいて説明する。巻線部２５には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の三相の巻線部分Ｌ５、Ｌ６、Ｌ７が含まれている。各相の巻線部分の結線態様はＹ結線であり、各巻線部分の接合箇所が中性点とされる。Ｕ相の巻線部分Ｌ５について、図３においては、そのインダクタンス成分が５１で示され、抵抗成分が５２で示される。同じように、Ｖ相の巻線部分Ｌ６について、そのインダクタンス成分が６１で示され、抵抗成分が６２で示され、更に、Ｗ相の巻線部分Ｌ７について、そのインダクタンス成分が７１で示され、抵抗成分が７２で示される。

【0032】

そして、各相において抽出部２１４を形成するトランス構造が配置されている。具体的には、Ｕ相においては、巻線部分Ｌ５に対してＵ相のトランス構造５３の一次コイル５３１が直列に接続され、Ｖ相においては、巻線部分Ｌ６に対してＶ相のトランス構造６３の一次コイル６３１が直列に接続され、Ｗ相においては、巻線部分Ｌ７に対してＷ相のトランス構造７３の一次コイル７３１が直列に接続される。そして、Ｕ相のトランス構造５３の二次コイル５３２と、Ｖ相のトランス構造６３の二次コイル６３２と、Ｗ相のトランス構造７３の二次コイル７３２は、供給部２１５に接続される。更に、各二次コイル５３２、６３２、７３２は、信号交換部２１６にも接続される。

【0033】

なお、各相のトランス構造の巻線比（一次コイルの巻線数に対する二次コイルの巻線数の比）は、基本的には同じであるが、異なっていても構わない。また、図３に示す形態では、三相の全てにトランス構造を配置し、その二次コイルを供給部２１５と信号交換部２１６に接続しているが、三相のうち一部の相にのみトランス構造を配置し、その二次コイルを供給部２１５と信号交換部２１６に接続してもよい。別法として、三相の全てにトランス構造を配置し、その一部のトランス構造の二次コイルを供給部２１５に接続し、残りのトランス構造の二次コイルを信号交換部２１６に接続してもよい。この場合、供給部２１５に接続されエンコーダ２２への電力供給を司るトランス構造の巻線比と、信号交換部２１６に接続されエンコーダ２２との所定信号の授受を司るトランス構造の巻線比は、それぞれの目的に応じて好適に設定すればよい。

【0034】

このように構成される巻線部２５とトランス構造５３、６３、７３を採用することで、
動力線１１を介してモータ２に供給された電力の一部を抽出部２１４によってエンコーダ２２の駆動電力として抽出することができる。当該構成によれば、モータ２が駆動している場合は、常に安定してエンコーダ２２の電力も供給されることになり、またそのためにエンコーダ２２に対して配線するケーブルを必要としないため、ケーブルの配線作業が大きく軽減されそのコストも抑制できる。

【0035】

ここで、図３に示す形態のモータ２においてトランス構造として単相変圧器を採用した場合の、モータ２の回路方程式について検討する。各相のトランス構造の特性は同一とする。なお、以下に示す数式において、電圧Vu、Vv、Vw、電流Iu、Iv、Iwは、ドライバ４の各相の出力電圧と電流を表し、Lu、Lv、Lwは、モータ２の各相の自己インダクタンスを表し、Muv、Mvw、Mwuは、モータ２の相間の相互インダクタンスを表している。また、ωeは電気角周波数を表し、Φuvwは電機子巻線最大鎖交磁束数を表し、Rは巻線抵抗を表し、Keは誘起電圧定数を表しており、sは微分演算子である。また、電圧Vux2、Vvx2、Vwx2、電
流Iux2、Ivx2、Iwx2は、トランス構造の二次側の出力電圧と電流を表し、Lx1、Lx2、Mxは、それぞれ、トランス構造の一次側インダクタンス、二次側インダクタンス、相互インダクタンスを表し、Rx1、Rx2は、トランス構造の一次側と二次側の巻線抵抗を表している。また、θeは電気角である。

【0036】

モータ２の回路方程式は、以下の式１及び式２で表される。

【数1】

・・・（式１）

【数2】

・・・（式２）

【0037】

更に、ＵＶＷの三相からｄｑの２相への変換処理、及び固定座標系から回転座標系への変換処理を施すことで、以下の式３及び式４で示される回路方程式が得られる。

【数3】

・・・（式３）

【数4】

・・・（式４）

【0038】

更に、トランス構造の二次側電力Pdqxは、以下の式５で表される。また、トランス構造の二次側でのｄ軸電流idx2とｑ軸電流iqx2は、以下の式６で表される。なお、以下に示す数式において、RLは、抽出部２１４を形成するトランス構造を介して電力が供給される外部装置（エンコーダ２２）の負荷抵抗を表している。

【数5】

・・・（式５）

【数6】

・・・（式６）

【0039】

そして、式５及び式６に基づき、トランス構造の二次側における定常特性の電力Pdqtは、以下の式７で表される。

【数7】

・・・（式７）

【0040】

式７から理解できるように、トランス構造により抽出される電力は、ドライバ４から動力線１１を介してモータ２に対して供給されたｄ軸電流idとｑ軸電流iq、及びモータの回転速度に関連する電気角周波数ωeで決定されることになる。一方で、本来は、モータ２
を所望の運転状態、すなわち、所望の回転速度において所望のトルクを出す状態にすべく、ｄ軸電流idとｑ軸電流iqは供給されるべきものであるが、トランス構造により電力を抽出することを優先してｄ軸電流id及びｑ軸電流iqが決定されてしまうと、モータの運転状態の安定性に影響が及ぶおそれがあり好ましくない。

【0041】

そこで、本実施形態では、図４に示すように、モータ２の運転状態が属する領域に応じて、トランス構造による電力抽出のための、すなわちエンコーダ２２への電力供給のためのモータ駆動電流の決定方法を切り替えるものとする。なお、ｑ軸電流iqはモータ２が発揮するトルクに直接的に影響する駆動電流であるから、トランス構造による電力抽出を目的とする場合にｑ軸電流iqを調整することはモータ２の運転状態に大きく影響を及ぼし好ましくない。そこで、トランス構造による電力抽出を目的とする場合には、ｄ軸電流idを調整するものとする。

【0042】

先ず、領域Ｒ１について説明する。領域Ｒ１はいわゆる高速高トルク領域である。一般的に、モータ２の回転速度が高くなるに従い、誘起電圧によりドライバの電圧出力が飽和し安定した回転が容易ではなくなる。そのような場合に、モータの円滑な回転を促進するためにｄ軸電流を適切に設定する必要がある。そこで、モータ２の運転状態が領域Ｒ１に属している場合には、トランス構造を介したエンコーダ２２への電力供給のためのｄ軸電流id（モータの本来の駆動に必要なｄ軸電流とは区別されるものであり、当該本来の駆動に必要なｄ軸電流に対して追加的に重畳されるｄ軸電流を意味する）の調整は行わない形でドライバ４からの電力供給を行うものとする。以上を踏まえ、領域Ｒ１は、式７で表されるPdqtが所定の閾値電力より大きくなる領域として設定される。

【0043】

したがって、領域Ｒ１を除く領域については、トランス構造を介したエンコーダ２２への電力供給を行うためには、その供給のためのｄ軸電流idの調整を行う必要がある。そこで、領域Ｒ１を除く領域については、モータ２の回転速度が閾値速度ω０より高い領域である領域Ｒ２と、モータ２の回転速度が閾値速度ω０以下である領域Ｒ３とに区分される。閾値速度ω０は、トランス構造における電力抽出の効率に関連するものであり、モータ２の回転速度が閾値速度ω０より高い場合には、トランス構造における電力抽出の効率が比較的高くなり、モータ２の回転速度が閾値速度ω０以下である場合には、トランス構造における電力抽出の効率が比較的低くなる。そこで、閾値速度ω０を境界条件として、領域Ｒ２と領域Ｒ３とでは、トランス構造を介したエンコーダ２２への電力供給のためのｄ軸電流idの調整態様を異ならしめる。

【0044】

次に、図４に示した各領域に応じた、トランス構造を介したエンコーダ２２への電力供給に関する制御について、図５に基づいて説明する。図５に示す電力供給制御は、ドライバ４の制御部４１により繰り返し実行される、モータ２への電力供給に関する制御である。なお、モータ２への電力供給は、公知のベクトル制御を利用して実現されるため、ベクトル制御の詳細についてはその説明を割愛する。

【0045】

先ず、Ｓ１０１では、モータ２の運転状態（動作点）が特定される。具体的には、図４を踏まえ、モータ２の回転速度及びトルクが特定される。その後、Ｓ１０２では、Ｓ１０１で特定された運転状態に基づいて、エンコーダ２２への電力供給を行うためにｄ軸電流値の調整を行う必要があるか否かが判定される。すなわち、モータ２の運転状態が図４に示す領域Ｒ１に属する場合には、ｄ軸電流値の調整は必要ではないと判定（すなわち否定判定）され、処理はＳ１０４へ進む。一方で、モータ２の運転状態が図４に示す領域Ｒ１に属していない場合には、ｄ軸電流値の調整は必要であると判定（すなわち肯定判定）さ
れ、処理はＳ１０３へ進む。

【0046】

Ｓ１０４では、ｄ軸電流値の調整を行わずにエンコーダ２２への電力供給を行う。すなわち、モータ２の運転状態が領域Ｒ１に属している場合には、式７で表されるPdqtが所定の閾値電力より大きくなるため、ｄ軸電流値の調整を行わなくても、モータ２の運転に伴ってある程度の電力がトランス構造によって抽出され得る状態となっている。そのため、エンコーダ２２への継続的な電力供給が実現されるとともに、モータ２の運転状態は安定に維持される。

【0047】

ここで、Ｓ１０２で肯定判定され処理がＳ１０３へ進むと、Ｓ１０３ではモータ２の運転状態が低回転領域のＲ３に属しているか否かが判定される。具体的には、モータ２の回転速度が、図４に示す閾値速度ω０以下である場合にはＳ１０３で肯定判定され、閾値速度ω０より高い場合にはＳ１０３で否定判定される。Ｓ１０３で肯定判定されると処理はＳ１０５へ進み、否定判定されるとＳ１０６へ進む。

【0048】

ここで、モータ２の回転速度が低い場合にはトランス構造による電力抽出の効率が低いため、実際にトランス構造によって抽出される電力は不安定なものとなる。一方で、モータ２の構造、大きさ等の制約により、ｄ軸電流の調整のためにトランス構造によって抽出される電力を正確に検出するためのセンサ等をトランス構造の二次側に配置することは容易ではない。そこで、本実施形態では、ｄ軸電流値の調整を行うに当たって図６に示す電力推定モデルを採用した。当該電力推定モデルは、制御部４１に含まれる。当該電力推定モデルを用いてトランス構造による抽出電力を推定する構成は、本願発明の電力推定部に相当する。このような構成を採用することで、電力検出のためのセンサを用いなくても、ｄ軸電流の調整介した電力供給を好適に行い得る。

【0049】

トランス構造によって抽出されることが期待される電力を、所望の電力Pdqx*としたと
きに、図６の上段には、ｄ軸電流値の調整を経て電力の推定値Pdqx^が生成されるブロッ
ク図が示されている。当該ブロック図では、所望の電力Pdqx*を得るために、電力推定値Pdqx^をフィードバックしその差分を制御器に加え、ｄ軸電流値のうち時間経過とともに変動する成分idac*を算出する。そして、当該idac*と、ｄ軸電流値のうち時間経過とともに変動しない成分iddc*と、ｑ軸電流iq*と、モータ２の回転速度に関連する電気角周波数ωeが電力推定器に入力され、電力推定値Pdqx^が得られる。すなわち、電力推定器には、モータ２の駆動電流に関連するパラメータ（iq*、iddc*、idac*）と回転速度に関連するパ
ラメータ（ωe）が入力される。そして、電力推定器には、式５が適用される。また、図
６の下段に示すように、時間経過とともに変動する成分idac*と時間経過とともに変動し
ない成分iddc*を合わせて、ｄ軸電流値id*となる。なお、図６においては、時間経過とともに変動しない成分iddc*とともに初期値id0*が含まれて記載されているが、一般的に初
期値id0*はゼロと考えてよい。

【0050】

ここで、図７に基づいて、ｄ軸電流値のうち時間経過とともに変動する成分と、時間経過とともに変動しない成分について説明する。図７の上段（ａ）に示すｄ軸電流は、時間の経過とともに変化せず一定の値となっている。このようなｄ軸電流については、時間経過とともに変動する成分は含まず、時間経過とともに変動しない成分（図中のpdcで参照
される成分）のみを含む。一方で、図７の下段（ｂ）に示すｄ軸電流は、一定のバイアスが掛かった状態で時間の経過とともに変化している。このようなｄ軸電流については、時間経過とともに変動しない成分（図中のpdcで参照される成分）に加えて、時間経過とと
もに変動する成分（図中のpacで参照される成分）が含まれることになる。

【0051】

ここで、図５に戻る。モータ２の運転状態が領域Ｒ３に属する場合に行われるＳ１０５では、図６に示す電力推定モデルを用いて、図７（ｂ）に示すように、時間経過とともに
変動する方式でｄ軸電流値を調整する。すなわち、エンコーダ２２に供給すべき分の電力をｄ軸電流値の調整を介して、モータの駆動電流に重畳させる。このような形態では、調整後のｄ軸電流値は、時間経過とともに変動しない成分によるバイアスが加わった状態で、時間経過とともに一定の振幅及び一定の周波数で変動する値となる。このようにｄ軸電流値を時間経過とともに変動させることで、トランス構造による電力抽出の効率低下分を補償することができるとともに、時間経過とともに変動しない成分も含めることで単位時間当たりの電力供給量を高め、より効率的な電力供給を図ることができる。

【0052】

また、モータ２の運転状態が領域Ｒ２に属する場合に行われるＳ１０６では、図６に示す電力推定モデルを用いて、図７（ａ）に示すように、時間経過とともに変動しない方式でｄ軸電流値を調整する。すなわち、エンコーダ２２に供給すべき分の電力をｄ軸電流値の調整を介して、モータの駆動電流に重畳させる。領域Ｒ２ではモータ２の回転速度は比較的高いため、トランス構造による電力抽出の効率は比較的保つことができる。そこで、時間経過とともに変動しない成分でｄ軸電流を画定することで単位時間当たりの電力供給量を高め、より効率的な電力供給を図ることができる。なお、上記の通り、領域Ｒ２の場合、モータ２の回転速度は比較的高いため、トランス構造による電力抽出を安定的に行いやすい。そこで、図６に示す電力推定モデルを用いる代わりに、上記の式７から導出される、以下の式８に従って、電力供給のためのｄ軸電流値を決定してもよい。

【数8】

・・・（式８）

【0053】

以上より、図５に示す電力供給制御によれば、モータ２の運転状態への影響を可及的に抑制しつつ、エンコーダ２２への安定した電力供給を実現することができる。

【0054】

＜変形例＞
抽出部２１４を形成するトランス構造の変形例について、図８及び図９に基づいて説明する。先ず、変形例の第１の形態について、図８に基づいて説明する。モータ本体２１の巻線部２５の構成については、図３に示す実施形態と同じであるためその詳細な説明は割愛する。本形態では、三相それぞれの巻線部分Ｌ５、Ｌ６、Ｌ７に対して、Ｕ相に対応するトランス構造５３の一次コイル５３１が並列に接続され、且つ、Ｖ相に対応するトランス構造６３の一次コイル６３１が並列に接続され、且つ、Ｗ相に対応するトランス構造７３の一次コイル７３１が並列に接続される。詳細には、一次コイル５３１を含むラインＬ５０と、一次コイル６３１を含むラインＬ６０と、一次コイル７３１を含むラインＬ７０はＹ結線されるとともに、他端はそれぞれＵ相の巻線部分Ｌ５、Ｖ相の巻線部分Ｌ６、Ｗ相の巻線部分Ｌ７に接続されている。そして、トランス構造５３の二次コイル５３２と、Ｖ相のトランス構造６３の二次コイル６３２と、Ｗ相のトランス構造７３の二次コイル７３２は、供給部２１５に接続される。更に、各二次コイル５３２、６３２、７３２は、信号交換部２１６にも接続される。

【0055】

なお、本形態においても、各相のトランス構造の巻線比は、基本的には同じであるが、異なっていても構わない。また、図８に示す形態では、三相の全てに対応するトランス構造を配置し、その二次コイルを供給部２１５と信号交換部２１６に接続しているが、三相のうち一部の相にのみに対応するようにトランス構造を配置し、その二次コイルを供給部２１５と信号交換部２１６に接続してもよい。別法として、三相の全てに対応するトラン
ス構造を配置し、その一部のトランス構造の二次コイルを供給部２１５に接続し、残りのトランス構造の二次コイルを信号交換部２１６に接続してもよい。この場合、供給部２１５に接続されエンコーダ２２への電力供給を司るトランス構造の巻線比と、信号交換部２１６に接続されエンコーダ２２との所定信号の授受を司るトランス構造の巻線比は、それぞれの目的に応じて好適に設定すればよい。

【0056】

このように構成される巻線部２５とトランス構造５３、６３、７３を採用することで、動力線１１を介してモータ２に供給された電力の一部を抽出部２１４によってエンコーダ２２の駆動電力として抽出することができる。当該構成によれば、モータ２が駆動している場合は、常に安定してエンコーダ２２の電力も供給されることになり、またそのためにエンコーダ２２に対して配線するケーブルを必要としないため、ケーブルの配線作業が大きく軽減されそのコストも抑制できる。

【0057】

次に、変形例の第２の形態について、図９に基づいて説明する。モータ本体２１の巻線部２５の構成については、上記の実施形態と同じであるためその詳細な説明は割愛する。ただし、本形態では、各相の巻線部分Ｌ５、Ｌ６、Ｌ７のコイル成分５１、６１、７１を、各相に対応するトランス構造５３、６３、７３の一次コイル５３１、６３１、７３１として利用する。詳細には、Ｕ相においては、コイル成分５１を一次コイル５３１としてトランス構造５３を形成し、Ｖ相においては、コイル成分６１を一次コイル６３１としてトランス構造６３を形成し、Ｗ相においては、コイル成分７１を一次コイル７３１としてトランス構造７３を形成する。したがって、第３の形態では、各相のトランス構造５３、６３、７３の二次コイル５３２、６３２、７３２は、一次コイルでもある巻線部の主要なコイルとともにステータコアに対して巻かれることで、各相のトランス構造５３、６３、７３が形成されることになる。そして、トランス構造５３の二次コイル５３２と、Ｖ相のトランス構造６３の二次コイル６３２と、Ｗ相のトランス構造７３の二次コイル７３２は、供給部２１５に接続される。更に、各二次コイル５３２、６３２、７３２は、信号交換部２１６にも接続される。

【0058】

なお、本形態においても、各相のトランス構造の巻線比は、基本的には同じであるが、異なっていても構わない。また、図９に示す形態では、三相の全てに対応するトランス構造を配置し、その二次コイルを供給部２１５と信号交換部２１６に接続しているが、三相のうち一部の相にのみに対応するようにトランス構造を配置し、その二次コイルを供給部２１５と信号交換部２１６に接続してもよい。別法として、三相の全てに対応するトランス構造を配置し、その一部のトランス構造の二次コイルを供給部２１５に接続し、残りのトランス構造の二次コイルを信号交換部２１６に接続してもよい。この場合、供給部２１５に接続されエンコーダ２２への電力供給を司るトランス構造の巻線比と、信号交換部２１６に接続されエンコーダ２２との所定信号の授受を司るトランス構造の巻線比は、それぞれの目的に応じて好適に設定すればよい。

【0059】

このように構成される巻線部２５とトランス構造５３、６３、７３を採用することで、動力線１１を介してモータ２に供給された電力の一部を抽出部２１４によってエンコーダ２２の駆動電力として抽出することができる。当該構成によれば、モータ２が駆動している場合は、常に安定してエンコーダ２２の電力も供給されることになり、またそのためにエンコーダ２２に対して配線するケーブルを必要としないため、ケーブルの配線作業が大きく軽減されそのコストも抑制できる。

【0060】

更に、図３、図８、図９に示したトランス構造５３、６３、７３は、複巻型のトランス構造であるが、その変形例として、単巻型のトランス構造を採用することもできる。例えば、図９に示す形態に単巻型のトランス構造を採用した場合、モータ２の巻線部２５を一次コイルとし、且つ、巻線部２５の一部を二次コイルとすることで、トランス構造５３、
６３、７３が形成される。すなわち、巻線部２５における二次コイル部分は、一次側と二次側とで共有されることになる。

【0061】

＜抽出された電力が供給される装置に関する変形例＞
上述までの実施形態では、抽出部２１４により抽出された電力はエンコーダ２２に対して供給されているが、当該抽出された電力は、エンコーダ２２以外の装置に対しても供給することができる。例えば、モータ２の内部やその外側に配置されているセンサ装置（例えば、温度センサや振動センサ等）に対して電力供給を行ってもよい。その場合、電力供給に適した、センサとのケーブルの接続口になるポートが、モータ本体２１に設けられてもよい。

【0062】

＜電力抽出に関する変形例＞
本変形例について、図１０に基づいて説明する。図１０は、本変形例に関する、モータ２の概略構成を示した図である。なお、本形態のモータ２は、図２に示す形態と同じように、巻線部２５に対してトランス構造を有する抽出部２１４が設けられている。抽出部２１４のトランス構造は、図３、図８、図９に示す構造と実質的に同じ構造を採用することができる。更に、本変形例では、コネクタ２１１に接続された動力線１１に対しても、電力抽出が実現可能な抽出部２１４ｂが設けられている。抽出部２１４ｂによる電力抽出も、図３等に示すトランス構造と電気的に同一のトランス構造が動力線１１に組み込まれることで実現される。

【0063】

抽出部２１４ｂによって抽出された電力は、所定の整流処理等が施されて、モータ２の外部に配置されている温度センサや振動センサ等の装置の電力として供給することができる。また、当該抽出された電力は二次電池に蓄電されることで、温度センサ等に安定的な電力を供給することができる。なお、図１０に示すモータ２では抽出部２１４で抽出された電力がエンコーダ２２に供給されているが、それに代えて抽出部２１４ｂで抽出された電力がエンコーダ２２に供給されてもよく、もしくは、抽出部２１４、２１４ｂの両者で抽出された電力がエンコーダ２２に供給されてもよい。また、モータ２において、抽出部２１４は設けられず、エンコーダ２２は内蔵する電池から電力供給を受けたり、ドライバ４から電力供給を受けたりしてもよい。

【0064】

このように、本開示のモータ２においては、その巻線部２５だけではなく動力線１１からも電力を抽出し、エンコーダ２２や外部のセンサ等に電力を供給することが可能となり、以て、サーボシステムでの電力供給のための配線負荷を大きく軽減することができる。

【0065】

＜付記１＞
外部から供給された電力の一部を抽出する抽出部（２１４）と、該抽出部（２１４）により抽出された電力を外部装置に供給する供給部（２１５）と、を備えるモータ（２）に対して、又は、該抽出部（２１４）と該供給部（２１５）が設けられたモータ用動力線（１１）に対して、駆動電力を供給するドライバ（４）であって、
前記モータ（２）の運転状態に基づいて、前記抽出部（２１４）を介して前記外部装置に第１電力を供給するために、前記モータの駆動電流におけるｄ軸電流値の調整が必要か否かを判定する判定部と、
前記判定部による判定結果に基づいて、前記モータ（２）の駆動に必要な駆動電力と前記第１電力を含む所定電力を前記抽出部に対して出力する出力部と、
を備える、ドライバ。

【符号の説明】

【0066】

２ モータ
４ サーボドライバ
２２ エンコーダ
２５ 巻線部
５３、６３、７３ トランス構造
２１４ 抽出部
２１５ 供給部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】