JPH03178590A - ブラシレス同期電動機の制御装置 - 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〕 本発明はブラシレス同期電動機の制御装置に関する。−
数的に、ブラシレス同期電動機は回転界磁形同期電動機
であって消耗するブラシがなくまた保守を必要とする整
流子がない等の特長を有ししかも従来の直流電動機と同
程度の制御能力を有することからロボット、工作機械等
の制御用電動機として広く使用されている。

特に本発明はブラシレス同期電動機の要求トルクと出力
トルクの非線形による発生トルクの変動トルクを制御す
る装置に関する。

〔従来の技術〕

従来このような分野の技術としてはブラシレス電動機の
制御機構を示すとともにトルクリップルの補正法を開示
する特開昭６２−１６３５９１号「ブラシレス電動機の
制御装置」に記載されるものがある。

以下にその構成を図面を参照して説明する。第７図は従
来のブラシレス電動機のトルク変動を補正する構成を示
す図である。本図は３相ブラシレス電動機２１と、該ブ
ラシレス電動機に連結されて回転角θを検出する磁気位
置検出器２２と、磁気位置検出器２２からの回転角θを
パラメータとして３相信号を発生するメモリー回路２３
と、前記回転角θと外部から与えられるトルク指令信号
ＥＴＩとを人力信号とし、予め回転角θをパラメータと
する電動ｔａ　１の発生トルクτの変動トルク（脈動ト
ルク）Δτに対する逆極性のΔＥＴを記憶していて、回
転角θをパラメータとしてトルク指令信号ＥＴＩをこれ
にΔＥＴを加算して補正トルク指令信号ＥＴ２に補正し
て出力するトルク補正回路２４と、該補正トルク指令信
号巳Ｔ２および前記メモリー回路２３からの出力信号と
乗算してアナログ用の電流指令信号を出力する電流指令
信号形成回路２５と、前記電流指令信号を人力信号とし
て、これらの人力信号の値に比例した電機子電流を電動
機ｌの電機子巻線に供給する駆動回路２６とを含む。

次にトルク補正回路２４の動作を説明する。第８図は従
来のブラシレス電動機の発生トルクの変動およびその補
正を示す図である。本図において横軸は回転角θを示し
縦軸は第８　（ａ）図では発生トルクτ２および変動ト
ルクΔｒを示す。均一な発生トルクτ１を得るために第
８（ｂ）図での縦軸のトルク指令信号ＥＴＩを制御信号
として電流指令信号形成回路２５へ出力しても、−様な
トルクτが得られず、得ることができるのは脈動トルク
Δτによって変動するトルクτ２である。そこで、トル
ク補正回路２４はこの脈動ｌ・ルクΔτを相殺する補正
量ΔＥＴを、回転角θをパラメータとして予め記憶して
おく。かくして、回転角θに対応してトルク指令信号Ｅ
ＴＩを脈動トルクΔτと逆極性のΔＢＴで補正したＥＴ
２によって発生トルクを一定値ｒ１にし変動の少ない安
定した発生トルクを得ることができた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら従来の永久磁石形ＡＣサーボモータのトル
ク制御では発生トルクの大きさを変化させるどきにはΔ
ＢＴに比例して電機子電流を変化させても電機子電流す
なわち要求トルクと出力トルクが線形にならず、高精度
な電流制御を行っても電動機の出力が上記補正機構を用
いてもその指令値と一致しないという問題がある。さら
にΔＥＴを発生トルクに依存させて記憶し、必要なトル
クに対してΔＥＴを読み出しＥＴＩをＥＴ２に補正すれ
ば、発生トルクを指令値に一致させることができるがこ
れでは記憶の容量が膨大になりコスト上の問題がある。

したがって本発明は上記問題点に鑑み、要求トルクと出
力トルクの線形性を向上して高精度なブラシレス同期電
動機の制御装置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〕

第１図は本発明の原理構成を示す図である。本発明は前
記問題点を解決するために、ブラシレス同期電動機１の
制御装置においてコギング）・ルク補正部４およびトル
ク定数補正部５を備える。該コギングトルク補正部４は
回転角θをパラメータとする発生トルクτの変動Δτで
あって発生トルクτの大きさに依存しないコギングトル
クを補正するためのコギングトルク補正用データＴｃｏ
ｇ（θ）を予め記憶し、さらに該回転角θをパラメータ
として該コギングトルク補正用データＴｃｏｇ（θ）を
読み出し、前記要求トルクＴ”から減算して補正する。

該トルク定数補正部５は前記回転角θをパラメータとす
る発生トルクτの変動Δτであって発生トルクｒの大き
さに依存する部分を負荷電流で除算したトルク定数補正
用データＫＴ　（θ）を予め記１意しさらに該回転角θ
をパラメータとして該トルク定数補正用データＫＴ　（
θ）を読み出してその逆数を前記コギングトルク補正部
４の出力に乗算した電流指令を前記駆動制御部３へ出力
する。

〔作　用〕

第１図において、本発明のブラシレス同期電動機１の制
御装置によれば上位制御装置からの要求トルクＴ”は位
置検出器２からの回転角θをパラメータとしてコギング
トルク補正４から読み出された発生トルクτの大きさに
依存しないコギングトルク補正用データＴｃｏｇ（θ）
だけ減算される。

この減算補正された要求トルクＴ４は位置検出器からの
回転角θをパラメータとしてトルク定数補正部５から読
み出されたトルク定数の逆数を乗算した電流指令ｉＴ＊
に変換される。この電流指令ＩＴ＊には上記変動を補正
する成分が含められている。この電流指令ｉＴＩによっ
て駆動制御部３を介してブラシレス同期電動機１が駆動
され、得られた発生トルクτと要求トルクＴＩとの直線
性は著しく改善される。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。第２図は本発明の実施例に係るブラシレス同期電動機
の制御装置を示す図である。本図は永久磁石からなる界
磁極を回転子とし、電機子巻線を固定子巻線として、こ
の固定子巻線に例えば３相交流の電機子電流を流し、界
磁極の主磁束およびこの主磁束に直交する電機子電流の
起磁力によって回転子に回転子（トルク）を発生させ、
回転子を電機子電流により生ずる回転磁界に同期させて
回転させるブラシレス同期電動機１と、該ブラシレス同
期電動機１に連結されて、磁気位置に対応する回転子の
回転角θをディジタル信号で出力する磁気位置検出器２
と、前記回転角θをアカ儲己憶され、回転角θの人力で
それぞれが読み出されて発生すべきトルク（出力トルク
）に対応するトルク電流指令値ｌ、＊と乗算されモータ
ー印加電圧指令値υ９を出力する電流制御部３−１と、
該電流制御部３−１からの印加電圧指令値υ１に基づき
定電圧源から電機子巻線へ電流を流し電動機１へ電力を
供給する定電圧源電力変換器３−２と、前記回転角θを
パラメータとする発生トルクτの変動△τであって発生
トルクτの大きさに依存しない部分を補正するために回
転角θをアドレスとしてテーブル化したコギングトルク
補正用データＴｃｏｇ（θ）の記憶４−１および該回転
角θをアドレスとに該コギングトルク補正用データ記憶
部４−１からコギングトルク補正用データＴｃｏｇ（θ
）を読み出し上位制御部６からの要求トルクＴ”から減
算する減算器４−２からなり、要求トルクＴゝを補正す
るコギングトルク補正部４と、前記回転角θをパラメー
タとする発生トルクｒの変動△τであって発生トルクγ
の大きさに依存する部分を負荷電流で除算したトルク定
数補正用データＫＴ　（θ）の記憶部５−１および該回
転角θをアドレスとして該トルク定数補正用データ記（
：？！　５−１からトルク定数補正用データＫＴ　（θ
）を読み出しその逆数を前記コギングトルク補正部４の
出力に乗算する乗算器５−２からなり、乗算された信号
ｉＴ＊を前記電流制御部３−１へ出力するトルク定数補
正部５とを含む。

次に本発明の特徴であるコギングトルク補正部４および
トルク定数補正部５を詳細に説明する。

第３図は発生トルクの大きさと変動との関係を示す図で
ある。本願発明者は、従来のトルク補正法では、電機子
電流と出力トルクが線形にならず高精度な電流制御に限
界があること、すなわち従来の制御装置では発生トルク
を一定の大きさで電動機を運転しているときには特に問
題はないが、発生トルクの大きさを変化させて運転させ
るときには変動トルクを補正する補正トルクΔＥＴを発
生トルクの大きさに比例させて用いるとトルク制御特性
が劣化することに気づいた。さらにこの問題を解決する
ために発生トルクの変動には下記に説明する特性を有す
ることを発見した。第３図において横軸は回転角θで縦
軸は発生トルクの大きさである。第３（ｂ）では上位制
御部６からの要求トルクＴ”　＝Ｔ、に対してなんら補
正しない場合の発生トルクτは要求トルクに対する所望
発生トルクτ。を中心として実線（１）のように回転角
θに対して変化しτ。に一致しない。この変動は第３図
（ａ）に示すような周期が短かい部分と長い部分の重ね
合せになっている。次に要求トルクを２倍にして、所望
発生トルク２τ。を得ようとすると、２τ。を中心とし
て周期の短かい変動部分には上記と同様に第３図（ａ）
に示すように振幅の変化がないが周期の長い部分には第
３図（ｂ）。

（Ｃ）の点線（２）に示すように振幅の変化が見られる
。この周期の短かい部分のトルク変動を「コギングトル
ク」と呼ぶ。このコギングトルクは磁石形状、鉄心形状
およびそれらの位置関係で決まることが判明していてτ
。。、（θ）で表される。

他方周期の長い部分のトルク変動を生じさせる因子を、
「トルク定数」と呼ぶ。このトルク定数は主として鉄心
磁気飽和によることが判明していてτｋ（θ）で表され
る。トルク定数変動によるトルクτ。、（θ）について
は、第３　　（ｂ）、　　（ｃ）の実線の発生トルクを
τ、、（θ）とするとτ、（θ）＝τ。、（θ）十τ。

。、（θ）となりτｃｒ　（θ）τ、（θ）−丁。０９
　（θ）−１゜・τ３（θ）が成立し負荷電流１゜に比
例することが実験結果およびシミュレーション１こより
確言忍された。よってτ、（θ）＝〔τ、（θ）−ｒ。

０９（θ）〕／１゜・・・（１）。

ここでＩｏは電機子の巻線へ流れる負荷電流である。要
約すると、発生トルクの変動は負荷電流に依存しないコ
ギングトルクと負荷電流に依存するトルク定数変動によ
るトルクとからなる。従来は負荷電流に依存しないコギ
ングトルクを強制的に負荷電流で補正していたため補正
によってトルク制御特性が反対に劣化するという結果に
なっていた。よってこれらの変動を別々に考慮して補正
できれば、補正精度は向上することが容易に推測され得
る。

次にコギングトルクを補正するデータＴｃｏｇ（θ）、
トルク定数を補正するデータＫＴ　（θ）の作成方法に
ついて説明する。

第４図は本発明に係るコギングトルク補正用テーブルの
作成を示す図である。本図において、第２図と異なる構
成要素はトルク検出器１０およびアナログ・ディジタル
Ａ／Ｄ変換器１１である。トルク検出器１０は電動機１
の軸に設けられ、軸のねじれを電気的信号に変換してト
ルクを求める。Ａ／Ｄ変換器１１はトルク検出器１０か
らアナログ電機信号をディジタル信号に変換する。次に
ブラシレス同期電動機１が無負荷状態で運転されると、
位置検出器２によって、回転角θのデータが得られコギ
ングトルク補正用データ記憶部４−１のアドレス指定に
用いられる。トルク検出器１０ではコギングトルク（１
）式のτ。。９（θ）（ｋｇ−ｍ）が検出されてＡ／Ｄ
変換器１１を介してコギングトルク補正用データ記憶部
４−１へ送出され回転角θをパラメータとするコギング
トルク補正用データＴｃｏｇ（θ）が１回転分作威され
る。

第５図は本発明に係るトルク定数補正用データの作成を
示す図である。本図において、第２図および第４図と異
なる構成要素は減算器１３、割算器１４である。次にブ
ラシレス同期電動機１が一定負荷で運転されると、位置
検出器２によって回転角θのデータが得られ、トルク定
数補正用データ記憶部５−１のアドレス指定に用いられ
る。トルク検出器１０では（１〉式のτ、（θ）が検出
されＡ／Ｄ変換器１１を介して減算器１３へ出力する。

コギングトルク補正用データ記憶部４−１では位置検出
器２からの回転角θのアドレスによってコギングトルク
補正用データＴｃｏｇ（θ）が読みされて、減算器１３
で前記ｉｎ　（θ）から減算してτ、（θ）−τ。。９
（θ）が形成される。他方電機子電流■。は負荷電流に
一致し、Ａ／Ｄ変換器でディジタル信号になり、割算器
１４では減算器１３の出力を負荷電流■。で除算されて
次式 が形成される。τ５（Ｏ）は回転角θをアドレスとして
トルク定数補正用データ記憶部５−１に記憶され、該記
１．！部５−１にトルク定数補正用データＫＴ　（θ）
が作成される。なお、コギングトルク補正用データ記憶
部４−１およびトルク定数補正用データ記憶部５−１は
ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　口ｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）によって
構成される。

次に本発明による一連の動作を説明する。第６図は本発
明の実施例に係るブラシレス同期電動機のトルク変動を
補正するフローチャートである。

まず負荷を零にして定格速度でブラシレス同期電動機１
を運転しトルク検出器１０により回転角θをパラメータ
としてコギングトルクτ。。、（θ）を測定する（Ｓｌ
）。次に一定負荷で電機子巻線に電流を流した状態で回
転角θをパラメータとして発生トルクτっ（θ〉をトル
ク検出器により測定する（Ｓ２）。ステップ１および２
で得られたτ。、（θ）およびγ、（θ）より次式でト
ルク定数Ｋｔ　（θ）を求める（Ｓ３）。Ｋｔ　（θ）
＝（τ、（θ）−τｃ０９　（θ））／Ｉ０ここで工。

は負荷電流である。ステップ１で得られたコギングトル
クｒｃａｇ　（θ）によりコギングトルク補正用データ
ＴＣＯｇ（Ｏ）、ステップ３で得られたトルク定数補正
用データＫＴ　（θ）をＲＯＭで構成される記憶部４−
１．５−１に記憶する（Ｓ４）。以上の準備が完了した
ら運転状態に入る。上位制御部６からの要求トルクＴ０
に対する電流指令ｉＴＩを、コギングトルク補正用デー
タ記憶部４およびトルク定数補正用データ記憶５を介し
て次式に従って演算する（Ｓ　５）　ｏ　　ｉＴ”　＝
　（Ｔ”−Ｔｃｏｇ（θ））や□く、）・最後（°肘゛
ｙ　７’　５″″′得９１１．ｆ：電流× 指令ｉＴ＊を電流制御部３−１および定電圧源電力変換
器へ出力して電動機ｌを制御する。よって発生トルクτ
は要求トルクＴ′″に対して変動成分が予め除去された
電流指令ｉＴＩによって電動機１が駆動されるので、要
求トルクＴＩとの線形特性が著しく改善される。このよ
うに本発明によれば記憶容量の増加を極力抑制でき、か
つ自動化設備、ロボッ゛ト等のアクチユエータとしての
モータに適用した場合に（１）高精度なトルク計測機能
、ＤＤモータに要求される安定した極低速駆動等の機能
が得られ、設備の自動化における性能及び機能向上が図
れる。加えてロボット駆動における高精度な軌跡制御を
可能にする要素となる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば発生トルクの変動
であって発生トルクの大きさに依存しないコギングトル
クを補正するためのコギングトルク補正部および発生ト
ルクの大きさに依存する部分を補正するトルク定数補正
部を設けたので、該補正部の記憶容量の増加を抑制しつ
つ、要求トルクと出力トルクとの線形を向上してブラシ
レス同期電動機の制御の高精度化が図れることが期待さ
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理構成を示す図、 第２図は本発明の実施例に係るブラシレス同期電動機の
制御装置を示す図、 第３図は発生トルクの大きさと変動との関係を示す図、 第４図は本発明に係るコギングトルク補正データの作成
を示す図、 第５図は本発明に係るトルク定数補正用データの作成を
示す図、 第６図は本発明の実施例に係るブラシレス同期電動機の
トルク変動を補正するフローチャート、第７図は従来の
ブラシレス電動機のトルク変動を補正する構成を示す図
、 第８図は従来のブラシレス電動機のトルク変動および補
正を示す図である。 図において １・・・ブラシレス同期電動機、 ２・・・位置検出器、 ３・・・駆動制御部、 ４・・・コギングトルク補正部、 ５・・・トルク定数補正部。 回転角 Ｏ→ 発生トルクの大きさと変動との関係を示す図て゛ある本
発明に係るコギングトルク補正用データの作成を示す図
第４図 本発明（こ係るトルク定’Ｉ１．Ｍ正用デ第５図 夕の作成を示す図 本発明の実施例に係るブラシレス同期電動機のトルク変
動を補正するフローチャート 第６図 従来のブラシ１ノス電動機のトルク変動を補正する構成
を示す図第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ブラシレス同期電動機（１）の回転子の回転角（θ
   ）を検出する位置検出器（２）と、該回転角（θ）をパ
   ラメータとする発生トルク（τ）の変動（Δτ）を相殺
   するように、要求トルク（Ｔ＾＊）を補正してブラシレ
   ス同期電動機（１）を駆動制御する駆動制御部（３）と
   を備えるブラシレス同期電動機の制御装置において、 前記回転角（θ）をパラメータとする発生トルク（τ）
   の変動（Δτ）であって発生トルク（τ）の大きさに依
   存しないコギングトルクを補正するためのコギングトル
   ク補正用データ（Ｔｃｏｇ（θ））を予め記憶し、さら
   に該回転角（θ）をパラメータとして該コギングトルク
   補正用データ（Ｔｃｏｇ（θ））を読み出し、前記要求
   トルク（Ｔ＾＊）から減算して補正するコギングトルク
   補正部（４）と、前記回転角（θ）をパラメータとする
   発生トルク（τ）の変動（Δτ）であって発生トルク（
   τ）の大きさに依存する部分を負荷電流で除算したトル
   ク定数補正用データ（ＫＴ（θ））を予め記憶し、さら
   に該回転角（θ）をパラメータとして該トルク定数補正
   用データ（ＫＴ（θ））を読み出してその逆数を前記コ
   ギングトルク補正部（４）の出力に乗算した電流指令を
   前記駆動制御部（３）へ出力するトルク定数補正部（５
   ）とを含むことを特徴とするブラシレス同期電動機の制
   御装置。