JPS6331493A - シンクロナスモ−タの制御装置 - 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〕 この発明は、シンクロナスモータの制御装置、詳しくは
モータの低速回転時における回転の円滑さを大幅に改善
するようにしたシンクロナスモータの制御装置に関する
。

〔従来の技術〕

従来、シンクロナスモータ（以下ＳＭと記す）は、一定
周波数の電源のもとて定速モータとして、堅牢、低度な
る特徴を活かして幅広く活用されてきた。また、最近の
電子デバイス、マイクロコンピュータ及びソフトウェア
の技術の向上によって、上記ＳＭを駆動する電源として
広範囲の可変周波数の電源（以下、ドライバと記す）が
得られるようになったこと、並びにマグネットの進歩に
よりブラシレスの強力ＳＭが出現するに伴い、上記ＳＭ
はブラシ付定速モータからブラシレスサーボモータへと
変身しつつある。このようなドライバは、例えば巻末に
示す「参考文献リスト」の文献（１）及び文献（２）に
示されているようなベクトル制御により動作する。

上記ベクトル制御に用いるＳＭのトルクの式は次式■で
示される。（例えば、文献（１）のＰ２Ｓ５の６．３式
）。

Ｔ＝Ｋａ・Ｉａ・・・・・・・・・・・・■弐ここに、
Ｋａは各電機子巻線に鎖交する磁束及び極対数等から定
まる定数であり、Ｉａは１次巻線に供給されるトルク電
流である。

上記０式から明らかなようにトルクＴはトルク電流１ａ
に遅滞な（従うことを示すものであって、このトルク電
流Ｔａを制御することによりトルクＴを自在に制御しう
ろことを示している。このため、上記ＳＭは高速応答を
必要とするサーボモータとして好適なものである。

しかしながら、文献（２）のＰ　１８４．第１７図及び
その関連事項の説明にもあるように電気角１周期に６回
発生する電流歪により、ＳＭの回転周波数の６倍の周波
数のトルクリップルが発生している。

この電流歪は、ＳＭを制御する制御系でトルク電流１ａ
が理想的な信号であったとしても、「信号−電力変換部
−３ＭＪへの過程で実際にＳＭに流れる電流に歪が発生
してしまうためであり、このような現象の発生する最大
の原因としては、後に述べるように上記電力変換部の動
作上の制約（クロスファイアの防止）にある。

また、上述のようなトルクリフプルはサーボモータのも
う１つの重要な性能である「回転の滑らかさ」を損なう
原因となるので、高精度なＳＭの応用分野、例えば工作
機械のテーブル駆動に於ける仕上切削等においては極力
改善を求められている。

ここで、従来のＳＭ用のベクトル制御装置の１例として
文献（１）のＰ２Ｏ３に示されている第６゜１７図をこ
の明細書の第６図に引用して説明する。

第６図に示すように、ＳＭＩの１次側には電力変換部８
から３相の電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗが供給される。これら
の３相の電流ｉｕ、ｉ、ｖ、ｉｗは電流検出器５，６．
７によって夫々検出され、その結果が誤差増幅器１４，
１５．１６の各第２の入力端にフィードバックされる。

上述のようにして３相の電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗがＳＭＩ
に供給されると、その周波数（−次層波数）でもってこ
のＳＭＩのロータは回転する。この回転に際してのロー
タの磁束の位置は磁束位置検出器２によりｕ、ｖ、ｗの
各相電流指令演算器１７．１８．１９にフィードバック
される。

また、上記ロータの速度ωｒは速度検出器３により検出
され、更に上記ロータの回転位置θｒは位置検出器４に
よって検出され、夫々速度制御器２０及び位置制御器２
１ヘフイードバツクされる。

また、公知のサーボ装置の構成によれば、位置指令θｒ
が与えられると位置制御器２１において＊ 誤差（θｒ−θｒ）に比例する値が速度指令ωｒとなる
。

この速度指令ωｒが速度指令として速度制御器２０に与
えられると、速度指令ωｒは加算、ωｒは減算され、誤
差（ωｒ−ωｒ）に比例する値が指令加速度となる。こ
の指令加速度はトルクに比例するが、トルクは前記■弐
によりトルク電流■ａに比例する。そこで、誤差（ωｒ
−ωｒ）に比例する値が指令電流Ｉａになる。

この指令電流Ｉａは各相電流指令演算器１７゜＊ 、ｉｖ、ｉｗが作成され、誤差増幅器１４，１５１５．
１６において指令電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗはｉｗとにより
誤差（ｉｕ−ｉｕ）、　　（ｉｖ−ｉｖ）。

＊ （ｉｗ−ｉｗ　　）を作られ比較器１０，１１．１２に
与えられる。これらの比較器１０〜１２において、公知
の三角波発生器１３からのキャリア波である三角波と比
較され、公知の正弦波パルス幅変調がなされる。そして
、正弦波パルス幅変調されたこれら比較器１０〜１２か
らの出力は電力変換部８のパワートランジスター、８ｚ
、・・・８＆のベースの動作を規定する信号を発生する
ベース信号増幅器９を制御することとなる。

〔解決しようとする問題点〕

しかしながら、前記第６図に示す従来のＳＭ用のベクト
ル制御装置においては、電力に変換され流ｉｕ、ｉｖ、
ｉｗが歪のない波形であったとしても、文献（２）の第
１８４頁の第１７図及びその関連説明にあるように、ベ
ース信号増幅器９と電力変換部８の動作によりバーワト
ランジスタ８．〜８６のクロスファイヤを防止するため
に設けであるオンディレィインクロック時間のため各相
の電流の全てのゼロクロス点において不感帯が発生する
。

この不感帯は１相当り電気角−周期に各２回発生し、３
相合体では電気角−周期に対し６回発生する。この不感
帯のために回転周波数の６倍の周波数の電流リップルを
、従って前記■弐に基づきトルクリップルをもたらすこ
ととなる。

このトルクリップルは、ロータの速度のリフプルをもた
らし、その有り様は文献（２）の図１８に電流の歪のあ
る波形と共に示されている。

本発明の目的は、−次層波数ｆ、の高調波に対応するト
ルクスペクトルの大幅な低減を制御装置側の工夫で実現
するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、上記問題点を解決するために、シンクロナス
モータのステータの１次巻線に多相の１次電流を印加し
てこのステータ内に回転する磁束を発生させ、この磁束
と同意で回転するロータの磁束と上記磁束との電磁的作
用により上記ロータにトルクを発生させるようにしたシ
ンクロナスモータの制御装置において、上記磁束の回転
位置に対応して周期的に発生するトルクリフプルの計測
値に対応する補正値を記憶させておき上記磁束の回転位
置に応じて読出されたこの補正値に応じて補正電流を発
生させ、この補正電流により上記１次電流を補正し、上
記トルクリップルを減少させるようにしたものである。

またさらに改良された形態では、上記１次電流を構成す
る多相の電流につき各々補正電流を発生させるようにし
、多相のうち１相が電力変換部の不感帯に基づく電流歪
を発生する回転位置においては同じ回転位置ながら上記
不感帯のない、従って電流歪を発生しない他の相に補正
電流が印加されるようにしたものである。

さらに、上記補正電流の、磁束の回転位置に関する周期
は、電気角６０度またはこの電気角６０度の整数倍また
は電気角６０度の整数分の１であり、かつ補正電流の印
加する回転位置は電流歪の発生する位置であるようにし
たものである。

さらに、上記トルクリップルの計測値の記憶手段は、上
記磁束の回転位置をアドレス入力とし、上記計測値に対
応した補正値を出力するようにしたものである。

さらにまた、上記補正電流に対し進み補償を施しシンク
ロナスモータの電気的時定数の遅れによる影響を少なく
するようにしたものである。

〔作用〕

と検出値ｉｕ、ｉｖ、ｉｗとの差が小さい時（実際にそ
のように構成されている）にはトルクＴが前記０式によ
りトルク電流Ｉａに忠実に従うので、このトルク電流■
ａを補正することによりトルクＴのリップルを改善しよ
うとするものである。

特に、各相の電流のゼロクロス点付近における不感帯を
回避したところでは、指令値ｉｕに対する検出値ｉｕ、
指令値ｉｖ−に対する検出値ｉｖ、指令値＊ ｉｗに対する検出値ｉｗは非常に忠実であるので、ｉｕ
に対する補正値は第３図に示したように相互に不感帯を
回避して隣接相の指令値を補正するようにしたものであ
る。

また、ｉｖ及びｉｗに対する補正値も上記と同様に行う
ようしたものである。

〔実施例］ 以下、本発明のシンクロナスモータの制御装置を図示の
実施例に基づいて説明する。

第１図は本発明の第１の実施例を示すシンクロナスモー
タの制御装置のブロック図である。なお、前記第６図に
おいて既に説明済の部材については同一符号を付すに留
め、重ねて説明することを避ける。

この第１の実施例はシンクロナスモータのトルク電流１
ａを総括的に補正する場合である。

図示のように位置検出器４の出力端は位置制御器２１の
入力端に接続されると共に、メモリー素子２２の入力端
に接続されている。このメモリー素子２２の出力端はデ
ジタル／アナログ変換器（以下、Ｄ／Ａ変換器と記す）
２３の入力端に接続されており、このＤ／Ａ変換器２３
の出力端は加算器２４の第１の入力端に接続されている
。

速度制御器２０の出力端は上記加算器２４の第２の入力
端に接続されており、この加算器２４の出力端はｕ、ｖ
、ｗ相電流指令演算器１７，１８．１９の各入力端に接
続されている。

前述のように、ＳＭのトルクリップルは電気角の１／６
並びに６０°において発生している。このトルクリフプ
ルを予め各３Ｍ毎に計測しておき、このトルクリップル
を打ち消す補正電流Ｉｃを求め、この求めた補正電流に
相当する値をメモリー素子２２に位置データθｒをアド
レスとして記憶させておく。

このような構成においてＳＭを回転させると従来のＳＭ
と同様に磁束位置検出器２及び速度検出器３からの検出
データは夫々ｕ、ｖ、ｗ相電流指令演算器１７，１８．
１９及び速度制御器２０に夫々送られる。また、位置検
出器４からの検出データは位置制御器２１に送られると
共に、メモリー素子２２に位置データθｒとして入力さ
れる。

すると、位置データθｒの変化に応じてメモリー素子２
２にアドレスとしてその位置データθｒが入力する。そ
して、トルク電流１ａが補正されるべき位置、即ち３相
電流の何れかがゼロクロス点付近にあるときにロータが
くると上記メモリー素子２２から補正電流値ｉｃが呼び
出され、この呼び出された補正電流値ｉｃはＤ／Ａ変換
器２３によりアナログ量に変換され、加算器２４におい
て速度制御器２０から出力されるトルク電流１ａに加算
される。

このときにおいてトルクＴは次式■で示すようになる。

Ｔ±Ｋａ−Ｉａ十Ｋａ・Ｉｃ・・・・・・・・・■ここ
において、Ｋａは前記第■弐の場合と同じである。

このようにして上記ｕ、　　ｖ、　ｗＮ電流指令換算器
１７．１８．１９には（Ｉ　ａ　＋　Ｉ　ｃ）の大きさ
の電流が印加されることとなる。

ＬＪ（って、Ｋａ−１ａにより発生するトルクリップル
はＫａ・Ｉｃによって大幅に改善されることとなる。

次に、本発明の第２の実施例を第２図に基づいて説明す
る。

この第２の実施例は各相における不惑帯を回避して補正
する場合の例である。

第２図に示すように位置検出器４の出力端は位置制御器
２１に接続されると共に、メモリー素子２２を構成する
各メモリー素子２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃの各入力端に接
続されている。これら各メモリー素子２２Ａ、２２Ｂ、
２２Ｃの出力端はＤ／Ａ変換器２３を構成する各Ｄ／Ａ
変換器２３Ａ、２３Ｂ、、２３Ｃの入力端に接続され、
さらに加算器２４を構成する各加算器２４Ａ、２４Ｂ、
２４Ｃの夫々の各第１の入力端に接続されている。

速度制御器２０の第１の出力端は上記加算器２４Ａの第
２の入力端に接続され、第２の出力端は上記加算器２４
Ｂの第２の入力端に接続され、第３の出力端は上記加算
器２４Ｃの第２の入力端に接続されている。そして、上
記加算ＷＳ２４Ａの出力端はＵ相電流指令演算器１７の
入力端に接続され、加算器２４Ｂの出力端はＶ相電流指
令演算器１８の入力端に接続され、加算器２４Ｃの出力
端はＷ相電流指令演算器１９の入力端に接続されている
。

上記メモリー素子２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃは前記第１の
実施例に示したメモリー素子２２と同様のメモリー素子
であって、予め各３Ｍ毎に測定されているトルクリップ
ルに応じて補正すべき電流値ｉｖｃ。

ｉｕｃ、ｉｗｃが夫々記憶されている。

たとえば、第３図に示すように、不惑帯を有するｉｕ（
第３図（ａ）参照）に対する補正電流１ｕｃ（第３図（
ｂ）参照）が指令値ｉｖ（第３図（ｃ）参照）に印加さ
れると、第３図（ｄ）に示すような波形となる。

従って、指令値ｉｖには、補正電流ｉｕｃが加えられる
こととなり、第３図（ｅ）に示すようにＳＭに対しては
補正された電流値ｉｖが印加されることとなる。

ところで、ＳＭの１次電流を入力してから２次磁束が電
気的に悪巧するまでにはある程度の時間の遅れが発生す
る。この時間の遅れを「電気的時定数」という。

１次電流として第４図に示したような符号Ｐで示すステ
ップ状の信号を与えたとすると上記電気的時定数のため
に実際には符号Ｑで示したように「遅れ」を生じてこの
信号が立ち上がることとなる。このような場合には符号
Ｒで示すような信号を加えてやれば上述のような「遅れ
」をキャンセルすることが可能となる。この上記符号Ｒ
で示したような電気的時定数に対する補償を「進み補償
」という。

そして、上記第１図及び第２図に示した補正電流発生部
（例えば、メモリー素子２２とＤ／Ａ変換器２３とで構
成される部分）から供給される補正電流に対し、第５図
に示すような周知の抵抗Ｒ１，Ｒ３，Ｒ４及び演算増幅
器Ａからなる「進み補償回路」を追加することにより「
進み補償」を施してやれば、ＳＭにおける電気的時定数
の「遅れ」を少なくすることが可能となる。

〔効果〕

本発明によれば、極めて低速の領域におけるトルクリッ
プルを減少させることができるので、低速域においても
同期電動機の円滑な回転を維持することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のシンクロナスモータの制？ＩＩ！装置
の第１の実施例を示す電気回路図、第２図は本発明のシ
ンクロナスモータの制御装置の第２の実施例を示す電気
回路図、第３図（ａ）〜（ｅ）は上記第２図に示す制御
装置の相電流の補正を示す図、第４図は電気的時定数の
補正を示す図、第５図は進み補正回路を示す電気回路図
、第６図は従来のシンクロナスモータのベクトル制御装
置の電気回路図、第７図（ａ）、　　（ｂ）、　　（Ｃ
）はシンクロナスモータにおけるトルクリフプルの特性
図である。 ■・・・・・・・・・シンクロナスモータ、２・・・・
・・・・・磁束位置検出器、３・・・・・・・・・速度
検出器、 ４・・・・・・・・・位置検出器、 ８・・・・・・・・・電力変換部、 ２０・・・・・・速度制御器、 ２１・・・・・・位置制御器、 ２２、　２２Ａ、　　２２Ｂ、　　２２Ｃ・・・・・・
メモリー素子、 ２３．２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ ・・・・・・Ｄ／Ａ変換器、 ２４．２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ ・・・・・・加算器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、）シンクロナスモータのステータの１次巻線に多相
   の１次電流を印加してこのステータ内に回転する磁束を
   発生させ、この磁束と同芯で回転するロータの磁束と上
   記磁束との電磁的作用により上記ロータにトルクを発生
   させるようにしたシンクロナスモータの制御装置におい
   て、 上記磁束の回転位置に対応して周期的に発生するトルク
   リップルの計測値に対応する補正値を記憶させておき上
   記磁束の回転位置に応じて読出されたこの補正値に応じ
   て補正電流を発生させ、この補正電流により上記１次電
   流を補正し、上記トルクリップルを減少させるようにし
   たことを特徴とするシンクロナスモータの制御装置。 ２、）上記１次電流を構成する多相の電流につき各々補
   正電流を発生させるようにし、多相のうち１相が電力変
   換部の不感帯に基づく電流歪を発生する回転位置におい
   ては同じ回転位置ながら上記不感帯のない、従って電流
   歪を発生しない他の相に補正電流が印加されることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載のシンクロナスモー
   タの制御装置。 ３、）上記補正電流の、磁束の回転位置に関する周期は
   、電気角６０度またはこの電気角６０度の整数倍または
   電気角６０度の整数分の１であり、かつ補正電流の印加
   する回転位置は電流歪の発生する位置であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１、２項記載のシンクロナスモ
   ータの制御装置。 ４、）上記トルクリップルの計測値の記憶手段は、上記
   磁束の回転位置をアドレス入力とし、上記計測値に対応
   した補正値を出力するようにした記憶手段であることを
   特徴とする特許請求の範囲第１、２、３記載のシンクロ
   ナスモータの制御装置。 ５、）上記補正電流に対し進み補償を施しシンクロナス
   モータの電気的時定数の遅れによる影響を少なくするよ
   うにしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   シンクロナスモータの制御装置。