JPH02101980A - Torque control method and device for motor - Google Patents
Torque control method and device for motorInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明はモータのトルク制御に関し、特にモータの回転
位置によるトルク変動を少なくしてトルク精度を高める
ことができるモータのトルク制御方法及びその装置に関
するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to motor torque control, and more particularly to a motor torque control method and apparatus that can reduce torque fluctuations depending on the rotational position of the motor and improve torque accuracy. It is.
従来の技術
例えば、電動ドライバーにおいては、締め付はトルクの
精度が大変重要であり、この締め付はトルクを精度良く
制御するための手段が従来から種々講じられている。BACKGROUND OF THE INVENTION For example, in the case of an electric screwdriver, the accuracy of torque is very important when tightening, and various means have been conventionally taken to control the torque with high precision.
例えば、第４図に示すように、供給電圧をトランス２１
にて所定電圧に設定し、整流器２２で直流に変換し、パ
ワートランジスタ２３にてモータ２４に対する通電制御
を行うようにするとともに、モータ２４に流れる電流を
、電流検出抵抗２５、電流判定用のレベル調整ボリュー
ム２６及び比較４２７にて判定し、所定の電流値即ち所
定トルクに達すると、トランジスタ２９にてパワートラ
ンジスタ２３を駆動するトランジスタ３０をオフさせる
ように構成している。For example, as shown in FIG.
The rectifier 22 converts the current to direct current, and the power transistor 23 controls the energization of the motor 24.The current flowing through the motor 24 is set to a predetermined voltage by the current detection resistor 25 and a level for current judgment. It is determined by the adjustment volume 26 and the comparison 427, and when a predetermined current value, that is, a predetermined torque is reached, the transistor 30 that drives the power transistor 23 is turned off by the transistor 29.
次に、動作を説明する。まず、スタート信号にてトラン
ジスタ３０をオンすると、パワートランジスタ２３がオ
ンし、モータ２４に電力が供給されて回転を始める。モ
ータ２４に流れる電流は、第５図に示すように、起動時
に起動電流３Ｉが流れた後、定常電流３２となり、ねじ
がワークに着座すると、回転抵抗が大きくなり、締め付
は電流３３が上昇して発生トルクが大きくなる。締め付
は電流３３がレベル調整ボリューム２６で設定された値
３４に一致すると比較器２７が動作し、トランジスタ２
９がオンし、それに伴ってトランジスタ３０がオフする
ことによりパワートランジスタ２３がオフしてモータ２
４に対する電力供給が停止され、モータ２４が停止して
ねじ締めは完了する。Next, the operation will be explained. First, when the transistor 30 is turned on by a start signal, the power transistor 23 is turned on, power is supplied to the motor 24, and the motor 24 starts rotating. As shown in Fig. 5, the current flowing through the motor 24 is a starting current 3I at startup, and then becomes a steady current 32. When the screw is seated on the workpiece, the rotational resistance increases, and the current 33 increases during tightening. As a result, the generated torque increases. For tightening, when the current 33 matches the value 34 set by the level adjustment volume 26, the comparator 27 operates and the transistor 2
9 is turned on and the transistor 30 is turned off accordingly, the power transistor 23 is turned off and the motor 2 is turned on.
4 is stopped, the motor 24 is stopped, and the screw tightening is completed.
また、別の従来例として、第６図及び第７図に示すよう
に機械的に締め付はトルクを制御する電動ドライバーも
ある。第６図において、４０はモータ、４１は駆動カム
、４２は従動カム、４３は締め付は用ビット、４４はト
ルクバネ、４５はリミットスイッチ、４６はねじであり
、モータ４０に対して第７図に示す電力供給回路が接続
されている。Another conventional example is an electric screwdriver that mechanically controls tightening torque, as shown in FIGS. 6 and 7. In FIG. 6, 40 is a motor, 41 is a drive cam, 42 is a driven cam, 43 is a tightening bit, 44 is a torque spring, 45 is a limit switch, and 46 is a screw. The power supply circuit shown in is connected.
動作を説明すると、モータ４０が回転してビット４３に
よりねじ締めが１テわれ、ねじ４６がワークに着座する
と、トルクが上昇し、トルクバネ４４で設定されたトル
ク値に達すると、駆動カム４１と従動カム４２が第６図
に示すように、各々のカムの頭の所へ乗り上げた状態に
なり、リミットスイッチ４５が作動し、モータ４０への
通電がオフされ、ねじ締めが完了する。To explain the operation, the motor 40 rotates and the bit 43 tightens the screw once, and when the screw 46 seats on the workpiece, the torque increases and when it reaches the torque value set by the torque spring 44, the drive cam 41 and As shown in FIG. 6, the driven cams 42 reach the top of each cam, the limit switch 45 is activated, the power to the motor 40 is turned off, and the screw tightening is completed.
しかしながら、電流値でトルクを制御する上記電気的方
法ではモータ２４の高速回転時に電流レベルを判定し、
機械系のイナーシャの影響を無くして停止させるのは非
常に難しく、トルク値のばらつきが大きいという問題が
あり、また機械的方法でもトルク値を細かく設定したり
、広範囲で設定するのが困難で、騒音や寿命の点でも難
点がある。However, in the above-mentioned electrical method of controlling torque using a current value, the current level is determined when the motor 24 is rotating at high speed,
It is very difficult to eliminate the influence of mechanical inertia to stop the motor, and there is a problem that the torque value varies widely.Also, even with mechanical methods, it is difficult to set the torque value finely or over a wide range. There are also drawbacks in terms of noise and longevity.
そこで、本出願人は先に第８図に示すように、モータ５
０を駆動するドライバー部５１に対してＣＰ・Ｕ５３か
ら出力されるパルス幅変調制御信号にてチョッパ式電源
部５２を制御して電力供給し、又ＣＰＬ１５３からの制
御信号にてドライバー部５１を制御する制御部５４を制
御し、かつドライバー部５１における電流とモータ５０
の回転速度をそれぞれ電流検出部５５及び速度検出部５
６で検出してＣＰＵ５３に入力し、ＲＯＭ５７に格納さ
れた締め付はパターンをＣＰＵ５３にて読み出してモー
タ５０を制御するように構成し、それによって第９図に
示すように、ねじのワークへの着座による締め上げ開始
点を電流値の変曲点３５の検出と速度変化から検出し、
この検出に基づいてＣＰ Ｕ ５３から逆転ブレーキ指
令をＴ８時間出力してブレーキ電流３６を流し、その後
電流値を曲線３７のように漸増させてトルクを上昇させ
、予め設定されたトルクを与える電流値３８で一定時間
Ｔ２モータ５０を駆動し、ねじを締め上げるようにした
ものを提案した。（特願昭６２−２８３５６９号及び特
願昭６２−２８３７０号参照。）発明が解決しようとす
る課題
ところで、本出願人の先の提案によれば、ねじを高速で
締め込み、ねじがワークに着座すると一旦逆転ブレーキ
をかけてイナーシャの影響を無（した後トルクを漸増さ
せて所定のトルク値で所定時間締め上げるので、トルク
精度を従来に比して大幅に向上することができる。Therefore, the applicant first proposed a motor 5 as shown in FIG.
The chopper type power supply unit 52 is controlled and supplied with power by the pulse width modulation control signal output from the CP/U 53 to the driver unit 51 that drives the 0, and the driver unit 51 is controlled by the control signal from the CPL 153. The control unit 54 controls the current in the driver unit 51 and the motor 50.
The current detection unit 55 and the speed detection unit 5 respectively detect the rotational speed of
6, the tightening pattern is detected and input to the CPU 53, and stored in the ROM 57. The CPU 53 reads out the tightening pattern and controls the motor 50, thereby tightening the screw onto the workpiece as shown in FIG. The tightening start point due to seating is detected from the detection of the inflection point 35 of the current value and the speed change,
Based on this detection, the CPU 53 outputs a reverse brake command for a time T8 to cause the brake current 36 to flow, and then the current value is gradually increased as shown by a curve 37 to increase the torque, and the current value provides a preset torque. 38, the T2 motor 50 is driven for a certain period of time to tighten the screw. (Refer to Japanese Patent Application No. 62-283569 and Japanese Patent Application No. 62-28370.) Problems to be Solved by the Invention According to the applicant's previous proposal, the screw is tightened at high speed and the screw is attached to the workpiece. When seated, the reverse brake is applied once to eliminate the influence of inertia, and then torque is gradually increased to tighten at a predetermined torque value for a predetermined period of time, making it possible to significantly improve torque accuracy compared to conventional methods.
しかしながら、モータを一定電圧で駆動制御した場合で
も、出力トルクはその１回転中で一定ではなく、例えば
３相２極のブラシレスモータの場合、第３図に示すよう
に、６個の山又は谷を有するトルクむら（トルクリップ
ル）を生じ、そのために±１０〜１５％程度のトルク変
動は避けられず、締め上げ時の回転位置に応じてそれが
締め付はトルク誤差となって現れるという問題がある。However, even when the motor is driven and controlled with a constant voltage, the output torque is not constant during one rotation. For example, in the case of a three-phase, two-pole brushless motor, there are six peaks or valleys as shown in Figure 3. Therefore, torque fluctuations of about ±10 to 15% are unavoidable, and this results in torque errors in tightening depending on the rotational position during tightening. be.
これに対して、極数を増加してトルク変動を低減する手
段も考えられるが、極数増加に伴って構成が複雑になる
割にトルク変動の低減効果が小さいという問題がある。On the other hand, it is possible to reduce the torque fluctuation by increasing the number of poles, but there is a problem that the effect of reducing torque fluctuation is small even though the structure becomes complicated as the number of poles increases.
また、駆動パルスを正弦波制御したり、トルクセンサに
てトルク検出してフィードバック制御することも考えら
れるが、構成が複雑になり、極めてコスト高になるとい
う問題がある。It is also conceivable to perform sine wave control of the drive pulses or to perform feedback control by detecting torque with a torque sensor, but there is a problem that the configuration becomes complicated and the cost becomes extremely high.
本発明は上記従来の問題点に鑑み、モータの１回転中の
トルク変動を低減できるモータのトルク制御方法及びそ
の装置を提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above-mentioned conventional problems, it is an object of the present invention to provide a motor torque control method and apparatus that can reduce torque fluctuations during one rotation of the motor.
課題を解決するための手段
本発明は上記目的を達成するために、モータに対する供
給電圧を制御するパルス幅変調制御信号を、モータの１
回転中における回転位置によるトルク変動を相殺するよ
うに補正し、補正したパルス幅変調制御信号に基づいて
モータに対する供給電圧を制御することを特徴とする。Means for Solving the Problems In order to achieve the above object, the present invention applies a pulse width modulated control signal to one of the motors for controlling the supply voltage to the motor.
The present invention is characterized in that torque fluctuations due to rotational position during rotation are corrected to offset them, and the voltage supplied to the motor is controlled based on the corrected pulse width modulation control signal.
パルス幅変調制御信号の補正手段としては、モータの１
回転中における回転位置によるトルク変動を相殺するよ
うに補正する補正特性を記憶させた記憶手段と、パルス
幅変調制御信号を記憶手段に記憶された補正特性に基づ
いてモータの回転位置に応じて補正する手段を用いるこ
２：ができる。As a correction means for the pulse width modulation control signal, one of the motor
A storage means that stores correction characteristics for compensating to offset torque fluctuations due to rotational position during rotation, and a pulse width modulation control signal that is corrected according to the rotational position of the motor based on the correction characteristics stored in the storage means. 2: You can use the means to do this.
又、モータは、各コイルに対する通電制御をトランジス
タにて行うドライバー部を備えたブラシレスモータが好
適である。Further, the motor is preferably a brushless motor equipped with a driver section that controls current supply to each coil using a transistor.
作 用
本発明によると、モータの１回転中における回転位置に
よるトルク変動を相殺するように補正された供給電圧を
モータに対して供給するようにしているので、極数を増
加したり、駆動パルスを正弦波制御する等の手段を用い
ずに、面単な構成によって回転位置によるトルク変動の
小さいトルク出力を得ることができる。According to the present invention, a supply voltage corrected to offset torque fluctuations due to rotational position during one revolution of the motor is supplied to the motor. It is possible to obtain a torque output with small torque fluctuations depending on the rotational position with a simple configuration without using means such as sinusoidal wave control.
また、補正特性を記憶させた記憶手段を用いると、トル
ク変動を低減できるバッフ・ス幅変羽制御信号の補正を
容易に行うことができる。Furthermore, by using a storage means that stores correction characteristics, it is possible to easily correct the buffer width variable control signal, which can reduce torque fluctuations.
実施例
以下、本発明の一実施例を第１図及び第２図に基づいて
説明する。EXAMPLE Hereinafter, an example of the present invention will be described based on FIGS. 1 and 2.
第１図において、交流電源から供給された電力が、負帰
還回路１にてノイズを除去され、整流回路２にて直流に
整流され、さらに平滑回路３にて平滑化されてパワート
ランジスタ４に入力され、このパワートランジスタ４に
てモータに対する供給電力をパルス幅変調制御するよう
に構成されている。パワートランジスタ４から出力され
た駆動パルスは平滑回路５にてそのデユーティ比に応じ
た電圧に変換されてドライバー部６に入力され、そのパ
ワートランジスタ７ａ〜７ｅにて各モータコイル８に対
する通電制御を行うように構成されている。また、モー
タの回転位置を検出するホール素子などの位置検出手段
９からの位置検出信号が制御部１０に入力され、この制
御部１０にてモータの回転位置に応じて前記パワートラ
ンジスタ７ａ〜７ｅを制御するように構成されている。In FIG. 1, power supplied from an AC power supply has noise removed in a negative feedback circuit 1, rectified into direct current in a rectifier circuit 2, and further smoothed in a smoothing circuit 3 and input to a power transistor 4. The power transistor 4 is configured to control the power supplied to the motor by pulse width modulation. The drive pulse output from the power transistor 4 is converted into a voltage according to the duty ratio by the smoothing circuit 5 and inputted to the driver section 6, and the power transistors 7a to 7e control the energization of each motor coil 8. It is configured as follows. Further, a position detection signal from a position detection means 9 such as a Hall element that detects the rotational position of the motor is input to a control unit 10, and the control unit 10 controls the power transistors 7a to 7e according to the rotational position of the motor. configured to control.
一方、図示しないＣＰＵからは、所定のパターンでモー
タを回転制御するためのパルス幅変調制御信号が出力さ
れており、このパルス幅変調制御信号は積分回路１１を
介して補正回路１２に入力されている。１３は、モータ
の１回転中における回転位置に応じたトルク変動を相殺
するような補正特性を記憶させたＲＯＭである。この補
正特性は、予め実験的に求めたものを記憶させてもよい
が、ここでは第２図（ａ）に示すように、擬似サインカ
ーブを連続させた波形を用いている。そして、モータの
回転位置を検出するエンコーダ１４からの信号に応じて
その回転位置に対応した補正値をＲＯＭ１３から読み出
し、Ｄ／Ａ変換器１５にてアナログ値に変換して前記補
正回８１２に入力するように構成されている。補正回路
１２にて補正されたアナログ制御信号は、制御を安定化
するために加算器１６においてフィードバック回路１７
からのフィードバック信号が反転して加算された後、ア
ンプ１８にて増幅されて比較器１９に入力される。比較
器１９において、アナログ制御信号が三角波信号と比較
され、補正後のアナログ制御信号に対応したパルス幅変
調制御信号が出力され、前記パワートランジスタ４に制
御信号として入力されている。On the other hand, a CPU (not shown) outputs a pulse width modulation control signal for controlling the rotation of the motor in a predetermined pattern, and this pulse width modulation control signal is input to the correction circuit 12 via the integration circuit 11. There is. Reference numeral 13 denotes a ROM that stores correction characteristics for canceling torque fluctuations depending on the rotational position during one rotation of the motor. Although this correction characteristic may be determined experimentally in advance and stored, here, as shown in FIG. 2(a), a waveform of continuous pseudo-sine curves is used. Then, in response to a signal from the encoder 14 that detects the rotational position of the motor, a correction value corresponding to the rotational position is read from the ROM 13, converted to an analog value by the D/A converter 15, and input to the correction circuit 812. is configured to do so. The analog control signal corrected by the correction circuit 12 is sent to the feedback circuit 17 in the adder 16 in order to stabilize the control.
After the feedback signals are inverted and added, they are amplified by the amplifier 18 and input to the comparator 19. In the comparator 19, the analog control signal is compared with the triangular wave signal, and a pulse width modulation control signal corresponding to the corrected analog control signal is output, and is input to the power transistor 4 as a control signal.
次に動作を説明すると、例えば所定のねじ締めパターン
に応じて、図示しないＣＰＵからモータを回転制御する
パルス幅変調制御信号が出力される。このパルス幅変調
制御信号は積分回路１１にてアナログ制御信号に変換さ
れ、さらに補正回路１２にてモータの回転位置に応じた
補正が行われることによって、モータの１回転中の回転
位置によるトルク変動分を相殺したアナログ制御信号と
される。その後、アンプ１日で増幅された後、比較器１
９にて再びパルス幅変調制御信号とされてパワートラン
ジスタ４に入力され、モータに対する供給電圧がパルス
幅変調制御される。Next, the operation will be described. For example, in accordance with a predetermined screw tightening pattern, a pulse width modulation control signal for controlling the rotation of the motor is output from a CPU (not shown). This pulse width modulation control signal is converted into an analog control signal by an integrating circuit 11, and is further corrected according to the rotational position of the motor in a correction circuit 12, so that torque fluctuations due to the rotational position during one rotation of the motor are It is assumed that the analog control signal is obtained by canceling the After that, after being amplified by the amplifier 1 day, the comparator 1
At step 9, the pulse width modulation control signal is again input to the power transistor 4, and the voltage supplied to the motor is controlled by pulse width modulation.
こうして、パワートランジスタ４にてパルス幅変調され
た供給電力は、平滑回路５にて再び制御電圧に変換され
、ドライバー部６により所定のモータコイル８に制御電
流が流され、所定のトルクを発生する。この発生トルク
は、上記のように供給電圧をモータの回転位置に応じて
補正しているので、第２図（ｂ）に示すように、モータ
の１回転中で大きく変動することはなく、上記擬似サイ
ンカーブによる補正特性を用いた場合でも３％程度のト
ルク変動に低減することができた。In this way, the supplied power pulse-width-modulated by the power transistor 4 is converted back into a control voltage by the smoothing circuit 5, and a control current is passed through a predetermined motor coil 8 by the driver section 6 to generate a predetermined torque. . Since the supplied voltage is corrected according to the rotational position of the motor as described above, this generated torque does not fluctuate greatly during one revolution of the motor, as shown in Figure 2 (b). Even when a correction characteristic based on a pseudo sine curve was used, the torque fluctuation could be reduced to about 3%.
本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、例え
ば上記実施例ではブラシレスモータを用いた例を示した
が、他のモータのトルク制御にも適用可能である。The present invention is not limited to the above-mentioned embodiment. For example, although the above-mentioned embodiment shows an example using a brushless motor, it is also applicable to torque control of other motors.
発明の効果
本発明のモータのトルク制御方法によれば、以上の説明
から明らかなように、モータの１回転中における回転位
置によるトルク変動を相殺するように補正された供給電
圧をモータに対して供給するようにしているので、極数
を増加したり、駆動パルスを正弦波制御する等の手段を
用いずに、簡単な構成によって回転位置によるトルク変
動の小さいトルク出力を得ることができる。Effects of the Invention According to the motor torque control method of the present invention, as is clear from the above description, a supply voltage that is corrected to offset torque fluctuations due to rotational position during one rotation of the motor is applied to the motor. Therefore, a torque output with small torque fluctuations depending on the rotational position can be obtained with a simple configuration without using means such as increasing the number of poles or controlling the drive pulse in a sine wave.
また、本発明のモータのトルク制御装置によれば、上記
効果に加えて、補正特性を記憶させた記憶手段を用いる
ことにより、トルク変動を低減できるパルス幅変調制御
信号の補正を容易に行うことができる等、大なる効果を
発揮する。Further, according to the motor torque control device of the present invention, in addition to the above-mentioned effects, by using a storage means that stores correction characteristics, it is possible to easily correct a pulse width modulation control signal that can reduce torque fluctuations. It has great effects, such as being able to.
第１図及び第２図は本発明の一実施例を示し、第１図は
モータの駆動回路図、第２図（ａ）、（ロ）はモータの
１回転中の供給電圧波形図と電流波形図、第３図は本出
願人が先に提案したパルス幅変調制御方式による１回転
中の電流波形図、第４図は従来の電気的制御回路図、第
５図は同電流波形図、第６図は従来の機械的制御方式の
構成図、第７図は同電気回路図、第８図は本出願人が先
に提案した駆動装置の制御ブロック図、第９図は同電流
波形図である。
４・・・・・・パワートランジスタ、６・・・・・・ド
ライバー部、８・・・・・・モータコイル、１２・・・
・・・補正回路、１３・・・・・・ＲＯＭ。
代理寿喝弁理士 粟野 重孝 はか１名第 ２ 図
第３図
！３％
第
図
第
図
第
洒Fig. 1 and Fig. 2 show an embodiment of the present invention, Fig. 1 is a motor drive circuit diagram, and Fig. 2 (a) and (b) are supply voltage waveform diagrams and current during one rotation of the motor. Figure 3 is a current waveform diagram during one revolution using the pulse width modulation control method previously proposed by the applicant, Figure 4 is a conventional electrical control circuit diagram, Figure 5 is a current waveform diagram of the same, Fig. 6 is a configuration diagram of a conventional mechanical control system, Fig. 7 is an electric circuit diagram of the same, Fig. 8 is a control block diagram of a drive device previously proposed by the applicant, and Fig. 9 is a current waveform diagram of the same. It is. 4...Power transistor, 6...Driver section, 8...Motor coil, 12...
...Correction circuit, 13...ROM. Acting Patent Attorney Shigetaka Awano (1 person) Figure 2 Figure 3! 3%
Claims (3)
制御信号を、モータの１回転中における回転位置による
トルク変動を相殺するように補正し、補正したパルス幅
変調制御信号に基づいてモータに対する供給電圧を制御
することを特徴とするモータのトルク制御方法。(1) The pulse width modulation control signal that controls the voltage supplied to the motor is corrected so as to offset torque fluctuations due to the rotational position during one revolution of the motor, and the voltage supplied to the motor is determined based on the corrected pulse width modulation control signal. A motor torque control method characterized by controlling.
制御信号を、モータの１回転中における回転位置による
トルク変動を相殺するように補正する補正特性を記憶さ
せた記憶手段と、パルス幅変調制御信号を記憶手段に記
憶された補正特性に基づいてモータの回転位置に応じて
補正する手段と、補正されたパルス幅変調制御信号に基
づいてモータに対する供給電圧を制御する手段とを備え
たことを特徴とするモータのトルク制御装置。(2) A storage means that stores correction characteristics for correcting a pulse width modulation control signal that controls the voltage supplied to the motor so as to offset torque fluctuations due to rotational position during one revolution of the motor, and a pulse width modulation control signal. The present invention is characterized by comprising means for correcting the motor according to the rotational position of the motor based on the correction characteristics stored in the storage means, and means for controlling the voltage supplied to the motor based on the corrected pulse width modulation control signal. Torque control device for motors.
スタにて行うドライバー部を備えたブラシレスモータで
ある請求項２記載のモータのトルク制御装置。(3) The motor torque control device according to claim 2, wherein the motor is a brushless motor equipped with a driver section that controls energization of each coil using a transistor.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63254015A JPH02101980A (en) | 1988-10-07 | 1988-10-07 | Torque control method and device for motor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63254015A JPH02101980A (en) | 1988-10-07 | 1988-10-07 | Torque control method and device for motor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02101980A true JPH02101980A (en) | 1990-04-13 |
Family
ID=17259069
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63254015A Pending JPH02101980A (en) | 1988-10-07 | 1988-10-07 | Torque control method and device for motor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02101980A (en) |
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