JP2004282888A

JP2004282888A - モータ駆動装置およびモータ駆動方法

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Publication number: JP2004282888A
Application number: JP2003070144A
Authority: JP
Inventors: Akihira Morishita; 明平森下
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2003-03-14
Filing date: 2003-03-14
Publication date: 2004-10-07
Anticipated expiration: 2023-03-14
Also published as: JP4047747B2

Abstract

【課題】モータ駆動装置において駆動対象に生じるトルクリップル等に起因した振動等を抑制し、パラメータ調整の自動化で調整コストの低減化等の向上を図る。
【解決手段】電気角一次関数演算部２３において回転電動機１１の電気角に比例する比例部に位相調整部２２の出力を加えた電気角一次関数を生成し、正弦演算部５５で当該電気角一次関数の正弦値を演算し、正弦演算部５５の出力に所定のゲインを乗じる振幅調整部２７の出力をトルク補正駆動手段２１でモータ駆動電流から減じ、位相調整部２２にあっては加速度センサ１５の出力の微分信号を電気角一次関数演算部出力のπ／２ごとのサンプリング値の積算を用いて位相を演算し、振幅調整部２７で電気角一次関数演算部出力の０，πにおけるサンプル値平均と０〜πにおける時間積分平均値との差の積算を用いて振幅を演算する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術の分野】
本発明は、駆動力発生手段および駆動力発生手段により駆動される駆動対象の騒音や振動を低減するモータ駆動装置およびモータ駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
モータのような回転機のトルクもしくはリニアモータのようなアクチュエータの推力で、外部から駆動対象を駆動することが広く行われている。このようなモータ駆動装置では、トルクもしくは推力にリップル成分があると、装置全体に振動が発生し、駆動対象に所定の動きを付与することが困難になる。
【０００３】
たとえば、エレベータシステムではモータで駆動されるシステム全体に上下動が発生し、トルクリップルの周期でのりかごが上下に加振されて乗り心地が損なわれることになる。また、電気自動車にあっては、トルクリップルの周期で騒音が発生したり、車体が振動して乗り心地を著しく悪化させる。さらに、リニアサーボモータの推力リップルは速度むらや位置誤差の要因となるため、たとえばＮＣ装置においては加工精度を悪化させる原因となっている。
【０００４】
トルクリップルや推力リップルには、減速機を含むモータ本体に起因するものと回転子の回転検出センサや可動子の位置検出センサに起因するものがある。
【０００５】
後者の回転検出センサに起因するトルクリップルは、モータトルクリップルとして現れるため、一般には顕在化しないことが多い。
【０００６】
しかし、回転検出センサの出力値に検出対象の回転角に起因するリップルが含まれると、リップルの振幅が検出対象の角速度に比例して大きくなるため、モータのトルクや回転速度を制御する際に角速度フィードバックゲインを大きくできないという問題が生じ、制御性が悪化するばかりでなく装置のコストの上昇を招いていた。
【０００７】
かかる問題を解決するため、例えば、検出回転角をθ、検出回転角を時間微分してえられる角速度をω、モータ位置回転当りの回転角リップルの周期をｎ、調整ゲインをＧ、調整位相をΨとして補正値−Ｇｓｉｎ（ｎθ＋Ψ）を演算し、リップルを含む角速度ωに補正値を加えてリップルを除去する方法が提案されている。
【０００８】
一方、前者はモータ固定子と回転子もしくは可動子の工作精度、回転子軸受けもしくは可動子支持機構の偏心、モータ内部の磁界の高調波および減速機の組立て精度等様々な原因に起因している。
【０００９】
トルクリップルの低減方法は従来から種々検討されており、たとえば、特許文献１では、減速機の発生するトルクリップルに着目してトルクリップル調整ゲインをＡ、減速機の回転角をθ、初期位相をα１として補正信号（Ｔｃｏｍｐ＝Ａｓｉｎ（θ＋α１）を演算し、モータの回転周期に同期させてフィードフォワード的に目標トルク指令に加算してトルクリップルを打ち消す方法を開示している。
【００１０】
また、特許文献２では、トルクリップルがモータの回転角と相関性を持つことからこの相関関係を記憶装置に記憶させモータ回転角に基づいてこれと対応するトルクリップルデータを読み出し、トルク司令値からリップル分を差し引いたものを新たなトルク司令値とする方法を開示している。
【００１１】
さらに、リニアモータにあっては、可動子の位置で固定子と可動子の電気角が求まるため、回転機と同様の方法で推力リップルの低減が図られていた。
【００１２】
しかし、上述した方法であっても、それぞれの補償パラメータが個々のモータに依存する場合が多く、多数のモータでトルクリップルの除去を行うためには多大な時間を要し、コストの上昇を招いていた。
【００１３】
【特許文献１】
特開平７−１２９２５１号公報
【００１４】
【特許文献２】
特開平１１−２９９２７７号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
このように、トルクリップルや推力リップルの原因は個々のモータで様々であり、従来のモータ駆動装置にあっては、それぞれの要因およびそれらの強度に対応して補償パラメータを調整しなければならず、トルクリップルや推力リップルを低減するために多大なコストと時間を要していた。
【００１６】
このため、あえてトルクリップルや推力リップルの低減は実施せず、モータの取付け方法や固定方法、あるいは防音・除振・防振機構等の機械手段でトルクリップルや推力リップルの駆動対象への影響を抑制していた。
【００１７】
しかし、上述した方法であっても機械的手段の追加が必要であり、結局、コストの上昇を招くという問題があった。
【００１８】
また、前記機械的手段がトルクリップルや推力リップルで加振されると装置の寿命が短縮されるばかりでなく故障発生頻度が上昇する。このため信頼性の悪化を招くことになっていた。
【００１９】
本発明はかかる事情に基づきなされたもので、その目的とするところはモータ駆動装置において駆動対象に生じるトルクリップルもしくは推力リップルに起因した振動・騒音を抑制し、装置の機能を満足するとともにコストの低減化および信頼性の向上が図れるモータ駆動装置およびモータ駆動方法を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係るモータ駆動装置は、駆動対象を駆動するとともに交番磁極と可動部を有する駆動力発生手段と、
前記駆動力発生手段が発生すべき推力指令もしくはトルク指令に基づいて前記駆動力発生手段を電流で駆動する駆動手段と、
前記駆動対象もしくは前記駆動力発生手段の発生する振動を検出する振動検出手段と、
前記交番磁極と前記可動部の電気角を検出する電気角検出手段と、
前記電気角検出手段の出力に関する一次関数を演算するとともに当該一次関数の切片を調整可能に設定する位相調整部を備えた電気角一次関数演算部、前記電気角一次関数演算部の出力値に関する正弦値あるいは余弦値を演算する三角関数演算部および前記三角関数演算部の演算結果を入力し振幅ゲインを乗じて前記三角関数演算部出力の振幅を調整する振幅調整部を備えたトルク補正手段と、
前記トルク補正手段の出力に基づいて前記駆動力発生手段を励磁するトルク補正駆動手段とを備えたモータ駆動装置において、
前記振動検出手段の出力信号を時間微分もしくは時間積分して位相シフト信号を生成し、前記電気角一次関数演算部出力値の所定の間隔毎に前記位相シフト信号をサンプリングし、所定の時刻から一周期前までの前記位相シフト信号サンプリング値の総和に加算するとともに加算結果に所定の位相調整ゲインを乗じた周期的位相偏差積分値を前記位相調整部の位相調整値とし、当該位相調整値が所定の範囲内に収束するように前記位相調整ゲインを調整する調整手段を具備したことを特徴とする。
【００２１】
また、本発明のモータ駆動方法は、駆動対象を駆動するとともに交番磁極と可動部を有する駆動力発生手段と、
前記駆動力発生手段が発生すべき推力指令もしくはトルク指令に基づいて前記駆動力発生手段を電流で駆動する駆動手段と、
前記駆動対象もしくは前記駆動力発生手段の発生する振動を検出する振動検出手段と、
前記交番磁極と前記可動部の電気角を検出する電気角検出手段と、
前記電気角検出手段の出力に関する一次関数を演算するとともに当該一次関数の切片を調整可能に設定する位相調整部を備えた電気角一次関数演算部、前記電気角一次関数演算部の出力値に関する正弦値あるいは余弦値を演算する三角関数演算部および前記三角関数演算部の演算結果を入力し振幅ゲインを乗じて前記三角関数演算部出力の振幅を調整する振幅調整部を備えたトルク補正手段と、
前記トルク補正手段の出力に基づいて前記駆動力発生手段を励磁するトルク補正駆動手段とを備えているモータ駆動装置の駆動方法において、
前記振動検出手段の出力信号を時間微分もしくは時間積分して位相シフト信号を生成し、前記電気角一次関数演算部出力値の所定の間隔毎に前記位相シフト信号をサンプリングし、所定の時刻から一周期前までの前記位相シフト信号サンプリング値の総和に加算するとともに加算結果に所定の位相調整ゲインを乗じた周期的位相偏差積分値を前記位相調整部の位相調整値とし、当該位相調整値が所定の範囲内に収束するように前記位相調整ゲインを調整することを特徴とする。
【００２２】
本発明は、トルクリップルもしくは推力リップルが発生するモータ駆動装置において、これらリップルに起因して駆動対象で生じている振動を効果的に抑制するものである。
【００２３】
そして、トルクリップルもしくは推力リップルを抑制するトルク補償パラメータに自動調整機能を付加することで、駆動対象もしくはモータ本体に生じている振動や騒音を装置の運転中に容易かつ効果的に低減するものである。
【００２４】
モータには直流機、誘導機そして同期機など様々な種類があるが、例えばトルクリップルが問題となり易い同期機では、モータ本体に起因するトルクリップルもしくは推力リップルは大別して次のように分類できる。
【００２５】
▲１▼コギング力のように、振幅が一定で電気角のｓｉｎ関数で記述できるもの．▲２▼駆動電流の歪による高調波トルクのように、電気角のｓｉｎ関数で振幅がモータ駆動電流もしくはトルク指令値に比例するもの。
【００２６】
▲３▼電機子反作用を受けたトルクのように、振幅が電気角の時間変化率（電気角速度）とモータ駆動電流もしくはトルク指令値の積に比例する電気角のｓｉｎ関数で記述できるもの。この場合、ｓｉｎ関数の位相が電気角速度に比例して変化する。
【００２７】
▲４▼リラクタンス力を受けたトルクのように、振幅がモータ駆動電流もしくはトルク指令値の二乗に比例するもの。
【００２８】
いま、振幅Ａ、基準回転座標との位相差φのトルクリップルＴ_ｒは、回転子回転角をθ、磁極対数をｎとして下式となる。
【００２９】
【数１】

ここで、ｎθが振動源の電気角である。振動源の電気角は振動測定時のモータ回転角とモータ極対数からｎを特定することができる。
【００３０】
このトルクリップルＴ_ｒに下式の補正トルクリップルＴ_ｃを加える場合を考える。
【００３１】
【数２】

すると、補正後の合成トルクリップルＴ_ｍは次式となる。
【００３２】
【数３】

ただし、
【数４】

である。
【００３３】
このとき、［数３］でΨ＝Φとなるとき、Ｔ_ｍは次式となる。
【００３４】
【数５】

つまり、Ψ＝Φであれば補正トルクリップルＴ_ｃとＴ_ｍは図４に示すように同位相となる。したがって、Ｔ_ｃの位相Φを変化させるアルゴリズムとして、Ｔ_ｃの角度ｎθ＋Φが、２ｎπ＋π／２となるときにＴ_ｍの時間微分値もしくは時間積分値をサンプリングし、ゼロからの偏差をｅ１（ｎ）、適当なゲインをαとしてΦを次式で定義する。
【００３５】
【数６】

すると、Ｔ_ｃとＴ_ｍが同位相のとき、Φの増減分がゼロとなる。さらに、Ｔ_ｃの角度ｎθ＋φが２ｎπ＋３π／２となるときにＴ_ｍの時間微分値もしくは時間積分値をサンプリングし、ゼロからの偏差をｅ_２（ｎ）、適当なゲインをαとしてΦは
【数７】

と定義されればよく、結局、ゼロから２πの角度ｎθ＋Φの変化に対しΦは次式で定義することができる。
【００３６】
【数８】

［数８］でΨ＝Φが成り立つようにΦが固定されると、Ｔ_ｃの角度ｎθ＋Φが２ｎπから２ｎπ＋πに変化する場合では、ｎθ＋Φ＝２ｎπおよびｎθ＋Φ＝２ｎπ＋πとなるときの時刻をそれぞれｔ（２ｎπ），ｔ（２ｎπ＋π）、これらの時刻におけるＴ_ｍのサンプリング平均値をＴ_ｍＡＶ１（ｎ）、適当なゲインをβ、Ｔ１（ｎ）をＴ_１（ｎ）＝ｔ（２ｎπ＋π）−ｔ（２ｎπ）として、Ｂを次式で定義する。
【００３７】
【数９】

このように定義すると、Ψ＝Φが成り立つとき、Ｔ_ｍの電気角半周期分の時間平均値とＴ_ｍＡＶ１（ｎ）とが等しくなるときにＢの増減分がゼロとなる。さらに、Ｔ_ｃの角度ｎθ＋Φが２ｎπ＋πから２ｎπ＋２πに変化する場合では、ｎθ＋Φ＝２ｎπ＋πおよびｎθ＋Φ＝２ｎπ＋２πとなるときの時刻をそれぞれｔ（２ｎπ＋π）およびｔ（２ｎπ＋２π）、これらの時刻におけるＴ_ｍのサンプリング平均値をＴ_ｍＡＶ２（ｎ）、適当なゲインをβ、Ｔ_２（ｎ）＝ｔ（２ｎπ＋２π）−ｔ（２ｎπ＋π）して、Ｂを
【数１０】

とすれば、電気角の残りの半周期分についてＴ_ｍの時間平均値とＴ_ｍＡＶ２（ｎ）とが等しくなる。結局、ゼロから２πの角度ｎθ＋Φの変化に対しＢは次式で定義される。
【００３８】
【数１１】

Ｂをこのように定義すると、ＢはＢ＝−Ａに収束するとともにＴ_ｍの振幅が図５に示すようにゼロとなる。
【００３９】
トルクリップルはその原因に応じて、例えば上述の▲１▼から▲３▼ように様々な形態をとる。しかし、上述の場合でも、ａを所定の定数として振幅Ａが、
▲１▼の場合はＡ＝ａ、
▲２▼の場合はＡ＝ａＩ（Ｉはモータ駆動電流もしくはトルク指令値）、
▲３▼の場合はＡ＝ａωＩ（ωは電気角速度）、
▲４▼の場合はＡ＝ａＩ^２、
と記述できるので、補正トルクリップルの振幅Ｂもその初期値をｂとして、
▲１▼の場合はＢ＝ｂ、
▲２▼の場合はＢ＝ｂＩ（Ｉはモータ駆動電流もしくはトルク指令値）、
▲３▼の場合はＢ＝ｂωＩ、
▲４▼の場合はＢ＝ｂＩ^２、
と設定してやれば、上述の議論は一般性を失うことなく、如何なる原因に基づくトルクリップルの抑制においても有効となる。
【００４０】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
図１乃至図３には第１の実施の形態におけるモータ駆動装置が全体として１で示されている。
【００４１】
モータ駆動装置１には、駆動対象である負荷３がつながれ、前記負荷３を所定の速度で動かすべきトルク指令を出力する速度制御装置５の出力信号が入力されている。
【００４２】
モータ駆動装置１は、動力発生手段としての回転電動機１１と、前記回転電動機１１を三相交流電流で駆動する駆動手段としての駆動装置１３と、転電動機１１に生じる振動を検出する振動検出手段としての加速度センサ１５と、転電動機１１の電気角を回転角として検出するための電気角検出手段としてのレゾルバ１７と、記駆動装置１３の出力電流が流れる動力線周囲に発生する磁界から当該出力電流を検出する駆動電流検出手段としての磁界型電流センサ１８と、後述するトルク補正手段１９と、前記トルク補正手段１９の出力に基づいて前記回転電動機１１を励磁するトルク補正駆動手段２１とを備えている。
【００４３】
本実施の形態におけるトルク補正手段１９は、レゾルバ１７の出力する回転角に基づいて回転電動機１１の電気角に関する一次関数を演算するとともに当該一次関数の切片を調整可能に設定する位相調整部２２を備えた電気角一次関数演算部２３と、前記電気角一次関数演算部２３の出力値に関する正弦値を演算する正弦演算部２５と、前記正弦演算部２５の演算結果に振幅ゲインを乗じることにより前記正弦演算部２５の出力振幅を調整する振幅調整部２７とで構成されている。
【００４４】
速度制御装置５は、回転電動機１１の角速度が追従すべき角速度目標パターンを出力する角速度目標パターン発生器３１、角速度目標パターン発生器３１およびレゾルバ１７の出力に基づいて前記回転電動機１１の回転速度を目標パターンに追従させるためのトルク指令値を演算するトルク指令演算部３３とを備えている。
【００４５】
駆動装置１３は、三相交流電源３５からの電力を直流電力に変換するためのコンバータ３７、前記速度制御装置５の出力値と等しいトルクを前記回転電動機１１が発生するようにコンバータ３７の直流電力から三相交流電力を供給するインバータ３９を備えている。ここで、インバータ３９は、回転電動機１１が所定のトルクを発生させる三相交流電流で励磁されるように前記速度制御装置５のトルク指令信号および前記レゾルバ１７の出力する回転角検出信号に基づいてサイリスタ点弧角を制御する点弧角制御部４１および点弧角制御部４１の出力によりに前記回転電動機１１に三相交流電流を供給するサイリスタ部４３を備えている。
【００４６】
また、トルク補正駆動手段２１は、前記振幅調整部２７の出力に基づいて前記回転電動機１１を励磁する前記電流型パワーアンプ４５と、前記駆動装置１３の出力電流から電流型パワーアンプ４５の出力電流を減じる電流減算手段４７とで構成されている。ここで、電流型パワーアンプ４５には前記コンバータ３７から直流電力が供給されている。
【００４７】
さらに、本実施の形態におけるモータ駆動装置１および前記速度制御装置５の動作用電力は、制御用電源４９から供給されている。
【００４８】
なお、以下のブロック図において、矢印線は信号経路を、また棒線は回転電動機１１およびモータ駆動装置１周辺の電力経路を示している。
【００４９】
図２には、前記位相調整部２２が位相自動調整手段２２’として示されている。
【００５０】
位相自動調整手段２２’は、電気角一次関数演算部２３の出力が導入され当該電気角一次関数の絶対値を演算する絶対値演算部５０と、絶対値演算部５０の出力を２πで割った時の余りを出力する２π除算余り演算器５２と、前記加速度センサ１５の出力信号を所定の低周波領域で微分して位相を９０度進ませる振動位相シフト手段としての擬似微分器５４と、擬似微分器５４の出力を導入し前記２π除算余り演算器５２の出力がπ／２になったときに入力信号をサンプリングし次回のサンプリングタイミングまでそのサンプル値を維持するπ／２サンプルホルダ５６と、前記擬似微分器５４の出力を導入し前記２π除算余り演算器５２の出力が３π／２になるときに入力信号をサンプリングし次回のサンプリングタイミングまでそのサンプル値を維持する３π／２サンプルホルダ５８と、π／２サンプルホルダ５６の出力値から３π／２サンプルホルダ５８の出力値を減じる減算器６０と、前記２π除算余り演算器５２の出力が３π／２になったときに減算器６０の出力値をサンプリングし前回までのサンプル値の総和に加算するとともに演算結果に所定の位相調整ゲインを乗じる周期的位相偏差積分手段６２と、周期的位相偏差積分手段６２の出力を導入して所定のゲインを乗じる位相ゲイン乗算手段としての位相ゲイン乗算器６３と、電気角一次関数演算部２３の出力が導入され当該電気角一次関数の正負の符号を位相ゲイン乗算器６３の出力に乗じる正逆転調整部６４と、前記磁界型電流センサ１８の出力が導入され当該駆動電流検出値が正の場合はゼロを負の場合はπを前記正逆転調整部６４の出力値に加える電流正負調整部６６とを備えている。
【００５１】
ここで、周期的位相偏差積分手段６２は、前記２π除算余り演算器５２の出力が３π／２になったときに入力信号をサンプリングし次回のサンプリングタイミングまでそのサンプル値を維持する第２の３π／２サンプルホルダ６８と、前記減算器６０の出力値と第２の３π／２サンプルホルダ６８の出力値とを加算して加算結果を前記３π／２サンプルホルダ６８に出力する加算器６９とで構成されており、当該３π／２サンプルホルダ６８の出力が周期的位相偏差積分手段６２の出力となっている。
【００５２】
振幅調整部２７は、図３に示すように、電気角一次関数演算部２３の出力が導入され当該電気角一次関数の絶対値を演算する第２の絶対値演算部７２と、磁界型電流センサ１８の出力が導入され当該センサ出力値の絶対値を演算する第３の絶対値演算部７４と、前記絶対値演算部７２の演算結果を２πで割った時の余りを出力する第２の２π除算余り演算器７６と、前記２π除算余り演算器７６の出力がゼロになったときに前記加速度センサ１５の出力値をサンプリングし次回のサンプリングタイミングまでそのサンプル値を維持する２πサンプルホルダ８２と、前記２π除算余り演算器７６の出力がπになるときに前記加速度センサ１５の出力値をサンプリングし次回のサンプリングタイミングまでそのサンプル値を維持するπサンプルホルダ８０と、前記２π除算余り演算器７６の出力が２πになるときに前記加速度センサ１５の出力値をサンプリングし次回のサンプリングタイミングまでそのサンプル値を維持する２πサンプルホルダ８２と、０πサンプルホルダ７８の出力値とπサンプルホルダ８０の出力値との平均値を演算する平均値演算部８４と、πサンプルホルダ８０の出力値と２πサンプルホルダ８２の出力値との平均値を演算する第２の平均値演算部８６と、前記加速度センサ１５の出力を前記２π除算余り演算器７６の出力がゼロからπに変化する間で時間積分して積分結果の時間平均値を演算する０^〜π時間積分平均値演算部８８と、前記加速度センサ１５の出力を前記２π除算余り演算器７６の出力がπから２πに変化する間で時間積分して積分結果の時間平均値を演算するπ^〜２π時間積分平均値演算部９０と、前記０^〜π時間積分平均値演算部８８の出力から前記平均値演算部８４の出力を減じる減算器９２と、前記π〜２π時間積分平均値演算部９０の出力から前記平均値演算部８６の出力を減じる減算器９４と、前記２π除算余り演算器７６の出力がπになったときに減算器９２の出力値をサンプリングし前回までのサンプル値の総和に加算する周期的振幅偏差積分手段９６と、前記２π除算余り演算器７６の出力が２πになった（ゼロになる直前）ときに減算器９４の出力値をサンプリングし前回までのサンプル値の総和に加算する周期的振幅偏差積分手段９８と、前記周期的振幅偏差積分手段９６と前記周期的振幅偏差積分手段９８との和を演算する加算器１００と、加算器１００の出力を導入して所定のゲインを乗じる振幅ゲイン乗算手段としての振幅ゲイン乗算器１０２と、電気角一次関数演算部２３の出力が導入され当該電気角一次関数の正負の符号を振幅ゲイン乗算器６３の出力に乗じる第２の正逆転調整部１０４と、前記絶対値演算部７４の出力と前記正弦演算部２５の出力および前記正逆転調整部１０４の出力を乗算する電流ゲイン乗算部としての乗算器１０６とを備えている。
【００５３】
ここで、図１中の前記電気角一次関数演算部２３は、レゾルバ１７の出力する回転角に回転電動機１１の極対数を乗じて電気角を演算する極対数乗算部１０８と、極対数乗算部１０８の出力に一次関数の傾きとして所定のゲインを乗じる傾き乗算部１１０と、傾き乗算部１１０の出力と前記位相調整部２２の出力とを加算するとともに演算結果が電気角一次関数演算部２３の出力となる加算器１１２とで構成されている。
【００５４】
また、図３中の０^〜π時間積分平均値演算部８８は、前記加速度センサ１５の出力を前記２π除算余り演算器７６の出力がゼロからπに変化する間で時間積分する０^〜π時間積分演算部１１４と、前記２π除算余り演算器７６の出力がゼロからπに変化する間の時間を計測し前記０^〜π時間積分演算部１１４の演算結果を計測結果で除すことにより前記０^〜π時間積分演算部１１４の出力値の時間平均を演算する時間平均演算部１１６とで構成されており、当該時間平均演算部１１６の出力が０^〜π時間積分平均値演算部８８の出力となっている。
【００５５】
π^〜２π時間積分平均値演算部９０は、前記加速度センサ１５の出力を前記２π除算余り演算器７６の出力がπから２πに変化する間で時間積分するπ^〜２π時間積分演算部１１８と、前記２π除算余り演算器７６の出力がπから２πに変化する間の時間を計測し前記π^〜２π時間積分演算部１１８の演算結果を計測結果で除すことにより前記π^〜２π時間積分演算部１１８の出力値の時間平均を演算する時間平均演算部１２０とで構成されており、当該時間平均演算部１２０の出力がπ^〜２π時間積分平均値演算部９０の出力となっている。
【００５６】
周期的振幅偏差積分手段９６は、前記２π除算余り演算器７６の出力がπになったときに入力信号をサンプリングし次回のサンプリングタイミングまでそのサンプル値を維持する第２のπサンプルホルダ１２２と、前記減算器９２の出力値と第２のπサンプルホルダ１２２の出力値とを加算して加算結果を前記πサンプルホルダ１２２に出力する加算器１２４とで構成されており、当該πサンプルホルダ１２２の出力が周期的振幅偏差積分手段９６の出力となっている。
【００５７】
周期的振幅偏差積分手段９８は、前記２π除算余り演算器７６の出力が２πになった（ゼロになる直前）ときに入力信号をサンプリングし次回のサンプリングタイミングまでそのサンプル値を維持する第２の２πサンプルホルダ１２６と、前記減算器９４の出力値と第２の２πサンプルホルダ１２６の出力値とを加算して加算結果を前記２πサンプルホルダ１２６に出力する加算器１２８とで構成されており、当該２πサンプルホルダ１２６の出力が周期的振幅偏差積分手段９８の出力となっている。
【００５８】
次に、以上のように構成された本実施の形態に係るモータ駆動装置の動作について説明する。
【００５９】
装置が待機状態すなわち三相交流電源３５および単相交流電源４９が投入されるとともにモータ駆動装置１および速度制御装置５が稼動状態であるが角速度目標パターン発生器３１がゼロを出力している場合には、回転電動機１１は角速度ゼロの状態を維持している。また、装置の最初の起動時には振幅調整部２７および位相調整部２２には例えばゼロが設定されている。
【００６０】
やがて、角速度目標パターン発生器３１がたとえば図６のような台形パターンを発生し目標角速度が増加を始めるとトルク指令演算部３３においてレゾルバ１７から出力される現在の回転電動機１１の角速度と角速度目標パターン発生器３１の角速度目標値に基づいて回転電動機１１が発生すべきトルク指令値が演算され、演算結果が駆動装置１３に出力される。
【００６１】
すると点弧角制御部４１では回転電動機１１が指令値どおりのトルクを発生するようにサイリスタ部４３に対する点弧角が制御され、インバータ３７から電流減算手段４７を介して励磁電流が出力され、回転電動機１１は指令値どおりのトルクを発生する。
【００６２】
そして、回転電動機１１のトルクにより駆動対象１９が回転を開始する。回転電動機１１の回転はレゾルバ１７で検出され、再び角速度信号に変換されてトルク指令演算部３３にフィードバックされ、かくして駆動対象１９の回転速度（角速度）は図６の実際値のように目標値に追従する。
【００６３】
この時、回転電動機１１が、例えば上述したように、振幅がモータ駆動電流に比例する電気角のｓｉｎ関数で記述できるトルクリップルを発生する場合には、回転電動機１１の出力トルクは図７（ａ）の指令値にたいして図７（ｂ）のようになり、トルクリップルに起因して回転電動機１１に振動や騒音が発生し、駆動対象１９の動作精度を悪化させたり、破損を招くなどして信頼性を著しく損なうことになる。
【００６４】
しかし、本発明に係わるモータ駆動装置１にあってはサイリスタ部４３の出力に電流減算手段４７および電流型パワーアンプ４５を介してトルク補正手段１９の出力が減算され、回転電動機１１のトルクリップルが相殺される。すなわち、レゾルバ１７の出力が極対数乗算部１０８に導入されて回転電動機１１の極対数が乗算されるとともに、傾き乗算部１１０で当該トルクリップルの電気角に対する高調波周期から求まる所定のゲインが乗算され、結果として傾き乗算部１１０からは回転電動機１１の電気角に比例した値が出力される。そして、位相調整部２２の出力と傾き乗算部１１０の出力が加算器１１２で加算されて電気角に関する一次関数が計算される。加算器１１２の出力は正弦演算部２５に導入され、当該一次関数に関する正弦値が演算され、振幅調整部２７で回転電動機１１のトルクリップルを打消すための励磁電流に比例した振幅値が正弦演算部２５の出力に乗算される。この段階で、トルク補正手段１９は回転電動機１１に［数２］の補正トルクリップルを発生させるための励磁電流信号を出力する。
【００６５】
一方、回転電動機１１には加速度センサ１５が所定の方法で取付けられており、加速度センサ１５の出力は、電気角一次関数演算部２３の出力および磁界型電流センサ１８の出力とともに位相調整部２２および振幅調整部２７に導入されている。位相調整部２２は位相自動調整手段２２′で構成されている。位相自動調整手段２２′では、電気角一次関数演算部２３の出力が絶対値演算部５０および正逆転調整部６４に導入されている。絶対値演算部５０では電気角一次関数演算部２３の出力の絶対値が計算され、２π除算余り演算器５２で電気角一次関数演算部２３の出力を２πで除した余りが計算される。この出力値はπ／２サンプルホルダ５６、３π／２サンプルホルダ５８，６８に導入され、それぞれのサンプリングホルダにおいてサンプリングタイミングの検出に使用されている。
【００６６】
また、加速度センサ１５の出力は擬似微分器５４に入力され、擬似微分器５４の出力、つまり、回転電動機１１の当該トルクリップルに起因する振動の微分値が被サンプリング信号としてπ／２サンプルホルダ５６および３π／２サンプルホルダ５８に導入されることになる。π／２サンプルホルダ５６および３π／２サンプルホルダ５８の出力は減算器６０を介して周期的位相偏差積分手段６２に導入され、ここで減算器６０の出力が３π／２サンプルホルダ６８にサンプリングされるごとに積算される。周期的位相偏差積分手段６２の出力には位相ゲイン乗算器６３で位相自動調整手段２２′の出力値を収束させる所定のゲインが乗ぜられるとともに正逆転調整部６４で電気角一次関数演算部２３の出力の正負に基づく所定の符号、電流正負調整部６６で磁界型電流センサ１８の正負に基づく所定の符号がそれぞれ付加されて、結局、位相自動調整手段２２′では［数８］に基づいた位相差Φが出力されることになる。そして、回転電動機１１の回転に伴って位相差Φが［数１］のトルクリップルの位相差Ψに近づくにつれ［数８］のΦの増加分がゼロに収束し、ついにはΦ＝Ψとなって位相自動調整手段２２′の出力値が安定化する。このとき、前記加速度センサ１５では［数５］のトルクリップルに起因した振動が検出されていることは言うまでもない。
【００６７】
このように回転電動機１１のトルクリップルを除去するための補正トルクリップルＴ_ｃの位相差Φが収束すると、振幅調整部２７において［数２］のＢがＢ＝Ａとなるように自動調整され、電流減算手段４７においてＢ＝−Ａとなりトルクリップルが相殺される。
【００６８】
すなわち、電気角一次関数演算部２３の出力が絶対値演算部７２および正逆転調整部１０４に導入されている。絶対値演算部７２では電気角一次関数演算部２３の出力の絶対値が計算され、２π除算余り演算器７６で電気角一次関数演算部２３の出力を２πで除した余りが計算される。この出力値は０πサンプルホルダ７８、πサンプルホルダ８０，１２２および２πサンプルホルダ８２，１２６に導入され、それぞれのサンプリングホルダにおいてサンプリングタイミングの検出に使用されている。また、加速度センサ１５の出力が０πサンプルホルダ７８，πサンプルホルダ８０，２πサンプルホルダ８２，０^〜π時間積分平均値演算部８８および０^〜２π時間積分平均値演算部９０に導入されることになる。０πサンプルホルダ７８およびπサンプルホルダ８０の出力は平均値演算部８４でそれらの平均値Ｔ_ｍＡＶ１が演算される。そして、０^〜π時間積分平均値演算部８８では０^〜π時間積分演算部１１４および時間平均演算部１１６により加速度センサ１５の出力の電気角０〜２π（ｒａｄ）間の時間積分平均値が演算され、減算器９２で平均値演算部８４の出力が減算されて［数９］右辺のΣ内の値が演算されることになる。減算器９２の出力は周期的振幅偏差積分手段９６中のπサンプルホルダ１２２および加算器１２４の作用により［数９］のΣを演算する。一方、πサンプルホルダ８０および２πサンプルホルダ８２の出力は平均値演算部８６でそれらの平均値Ｔ_ｍＡＶ２が演算される。そして、０^〜２π時間積分平均値演算部９０ではπ^〜２π時間積分演算部１１８および時間平均演算部１２０により加速度センサ１５の出力の電気角π〜２π（ｒａｄ）間の時間積分平均値が演算され、減算器９４で平均値演算部１２０の出力が減算されて［数１０］右辺のΣ内の値が演算されることになる。減算器９４の出力は周期的振幅偏差積分手段９８中の２πサンプルホルダ１２６および加算器１２８の作用により［数１０］のΣを演算する。周期的振幅偏差積分手段９６，９８の出力は加算器１００で加算され、振幅ゲイン乗算器１０２で振幅調整部２７の出力値を収束させる所定のゲインが乗ぜられるとともに正逆転調整部１０４で電気角一次関数演算部２３の出力の正負に基づく所定の符号、乗算器１０６で磁界型電流センサ１８の絶対値が掛け合わされ、結局、［数１１］に基づいた振幅Ｂが演算されることになる。そして、回転電動機１１の回転に伴って振幅Ｂが［数１］のトルクリップルの振幅Ａに近づくにつれ［数１１］のＢの増加分がゼロに収束し、ついにはＢ＝ＡとなってトルクリップルＴ_ｒが相殺される。これにより、図７（ｂ）の回転電動機１１の出力トルクは回転電動機１１の回転が増すにつれてトルクリップル分が相殺され、図７（ｃ）のように滑らかになる。これにより、駆動対象１９の動作精度を悪化させたり、装置の破損を招くことも無い。
【００６９】
本実施の形態に係わるモータ駆動装置では、位相ゲイン乗算器６３および振幅ゲイン乗算器１０２には本装置の稼動当初に所定の初期値、例えばゼロが設定されることになる。しかし、これらのゲイン値は本発明に係わるモータ駆動装置の初期調整時に位相ゲイン乗算器６３においては位相調整部２２の出力が、振幅ゲイン乗算器１０２において振幅調整部の出力が所定の範囲内で収束するような値に変更されることは言うまでもない。
【００７０】
上述のように本実施の形態によれば、回転電動機１１に生じるトルクリップルを振動検出手段で検出するとともに回転電動機１１の電気角のｓｉｎ関数で定義される補正トルクリップルの振幅および位相を振動検出手段の検出値およびその微分値に基づいてそれぞれ自動調整すると、回転電動機１１に生じるトルクリップルを相殺できる。このため、駆動対象もしくはモータ本体に生じている振動や騒音を装置の運転中に容易かつ効果的に低減することができ、装置の機能を満足するとともにコストの低減化および信頼性の向上が図れるモータ駆動装置を提供できる。
【００７１】
なお、上記の第１の実施の形態では、振動位相シフト手段として擬似微分器５４が使用されているが、これは振動位相シフト手段として微分器の使用を何ら限定するものでなく、入力信号に対して略９０度の進みあるいは遅れが得られればハイパスフィルタ付き積分器を用いても差し支えない。
【００７２】
また、駆動電流検出手段として磁界型電流センサ１８を用いているがこれは駆動電流検出手段を何ら限定するものでなく、例えば抵抗器両端の電圧降下で電流を検出しても良い。
【００７３】
さらに、電気角検出手段としてレゾルバ１７を使用しているが、これは電気角検出手段をなんら限定するものでなく、例えば、パルスジェネレータを使用して何ら差し支えない。
【００７４】
加えて、モータ駆動装置１は回転電動機１１を備えているが、これはモータの種類を何ら限定するものでなく、リニアモータであってなんら差し支えない。
【００７５】
また、本実施の形態では振動検出手段として回転電動機１１に取付けた加速度センサ１５を用いているが、これは回転検出手段を何ら限定するものでなく、例えば、マイクロホンで回転電動機１１の振動で生じる音波を検出し、間接的に回転電動機１１の振動を検出しても良い。
【００７６】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態を図８乃至図１０に基づいて説明する。
【００７７】
第１の実施の形態では、回転電動機１１が電気角のｓｉｎ関数でその振幅がモータ駆動電流に比例するトルクリップルを相殺するためトルク補正手段が駆動電流検出手段として磁界型電流センサ１８を備えていたが、これは回転電動機１１が発生するトルクリップルの形態や駆動電流検出手段の有無を何ら制限するものでなく、たとえば、振幅が一定で電気角のｓｉｎ関数で記述できるコギング力に起因したトルクリップルに対しては本発明のモータ駆動装置は本第２の実施の形態をとっても良い。なお、以下の説明においては第１の実施の形態と同一個所には同一番号を付して説明は省略するとともに同一機能の個所にも同一番号を設定し、差異がある場合にはアルファベットの付加で区別する。
【００７８】
図８乃至図１０には第２の実施形態のモータ駆動装置が全体１Ａとして示されている。モータ駆動装置１Ａではトルクリップルの振幅が、振幅一定なため、振幅調整部２７Ａでは第１の実施の形態のように磁界型電流センサ１８の値を絶対値演算部７４を介して乗算器１０６に導入する必要がない。さらに、トルクリップルの位相差についてもモータ駆動電流やトルク指令値が影響することがない。
【００７９】
このため、磁界型電流センサ１８が省略でき、本実施の形態ではトルク補正手段１９Ａには加速度センサ１５およびレゾルバ１７の出力が導入されている。位相自動調整手段２２Ａ′では図９に示す前記電流正負調整部６６が省略されており、正逆転調整部６４の出力が位相調整部２２Ａの出力となっている。また、振幅調整部２７Ａでは、図１０に示すように、正逆転調整部１０４の出力が当該出力値と正弦演算部６２の出力値の積を演算する乗算器１３０に導入されており、乗算器１３０の演算結果が振幅調整部２７Ａの出力値となっている。そして、トルク補正手段１９Ａから出力される補正トルクリップルは回転電動機１１が発生するトルクリップルと等しい波形に収束する。ここで、前記乗算器１０６が乗算器１３０に置換えられていることはいうまでもない。
【００８０】
上述のように本実施の形態によれば、磁界型電流センサ１８を省略することができる上に、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００８１】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態を図１１乃至図１３に基づいて説明する。
【００８２】
本発明のモータ駆動装置１Ｂは振幅および位相が電気角の時間変化率（電気角速度）ωに比例して変化するトルクリップルを相殺する。すなわち、モータ駆動装置１Ｂは本発明の第１の実施の形態に係わるモータ駆動装置１の構成に加え、レゾルバ１７の回転角検出信号を微分して角速度を得る擬似微分器１４０を備えており、この擬似微分器１４０の出力がトルク補正手段１９Ｂ中の振幅調整部２７Ｂおよび位相調整部２２Ｂに導入されている。位相自動調整手段２２Ｂ′では図１２に示すように前記電流正負調整部６６に加えて、擬似微分器１４０の出力が導入され当該擬似微分器１４０の出力値が正の場合はゼロを負の場合はπを前記電流正負調整部６６の出力値に加える角速度正負調整部１４２を備えており、この角速度正負調整部１４２の出力が位相調整部２２Ｂの出力となっている。また、振幅調整部２７Ｂは図１３に示すように、出力が絶対値演算部７４に導入される乗算器１４４を備えており、当該乗算器１４４では磁界型電流センサ１８の出力と擬似微分器１４０の出力が導入されてそれらの積が演算されている。
【００８３】
さらに、本発明にかかわる上述の２つの実施の形態では電流型パワーアンプ４５と電流減算手段４７を備えたトルク補正駆動手段２１が駆動装置１３と回転電動機１１の間に介在していたが、これはトルク補正駆動手段２１の構成や取付け個所を何ら限定するものでなく、例えばトルク指令演算部３３の出力値からトルク補正手段１９Ｂの出力値を減算する減算器１４６でトルク補正駆動手段２１Ｂを構成して何ら差し支えない。トルク補正駆動手段をこのように構成すると装置の簡素化を図ることができる。
【００８４】
本実施の形態のモータ駆動装置１Ｂにおいては、回転電動機１１の角速度および駆動電流検出値が振幅調整部２７Ｂに導入されているため、比例定数をａとして、
【数１２】

のように記述される回転電動機１１のトルクリップルＴ_ｒに対して、［数１１］の作用で振幅調整部２７Ｂの出力値がａωＩに収束する。そして、ωに比例して変化する位相差Ψに対して、［数８］の作用で［数２］のΦがΨの変化に追従する。したがって、トルクリップルＴ_ｒの変動にトルク補正手段１９Ｂの出力が対応して変化し、結果としてトルクリップルＴ_ｒが相殺される。
【００８５】
上述のように本実施の形態によれば、装置の簡素化を図ることができる上に、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００８６】
（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施の形態を図１４および１５に基づいて説明する。
【００８７】
本実施の形態のモータ駆動装置１Ｃは駆動対象としてリニア同期モータ１１Ｃを備えている。そして、リニア同期モータ１１Ｃの推力に重畳する推力リップルの振幅がモータ駆動電流もしくは推力指令値の二乗に比例するものを相殺する。
【００８８】
本実施の形態のモータ駆動装置１Ｃは、上述の３つの実施の形態とは異なり、三相交流電源３５に接続されたコンバータ３７およびインバータ３９で構成されている駆動装置１３の替りに直流電源１５０に接続された三つの高出力オペアンプ（パワーアンプ）１５２ａ〜１５２ｃおよびトルク指令演算部３３からのトルク指令値に基づいてリニア同期モータ１１Ｃに指令値に一致した推力を発生させるための三相励磁電圧を演算し高出力オペアンプ１５２ａ〜１５２ｃのそれぞれに各相の励磁電圧値を入力する駆動励磁電圧演算手段１５４で構成した駆動装置１３Ｃを備えている。このような駆動装置を用いると、低回転数時にサイリスタのｏｎ／ｏｆｆに起因して生じるサイリスタ部４３の出力電流脈動を防止できるだけでなく、トルク指令値に比例するモータ駆動電流が遅れなく発生するため、トルク指令演算部３３の出力値を前記駆動電流検出手段の検出値の代わりに使用することが容易となる。このため、磁界型電流センサ１８に替えてトルク指令演算部３３の出力がトルク補正手段１９Ｃ中の振幅調整部２７Ｃに導入されている。本実施の形態の形態ではリニア同期モータ１１Ｃの推力リップルＴ_ｒが、
【数１３】

となるため、振幅の符号がモータ駆動電流の値で反転することがない。したがって、位相調整部２２Ｃは本発明の第２の実施の形態と同様の位相自動調整手段２２Ａ′を備えている。また、振幅調整部２７Ｃは図１５に示すように、トルク補正駆動手段２１Ｂの出力を導入し、これを二乗して出力する二乗演算器１５６を備えている。そして、乗算器１０６には二乗演算器１５６の出力が導入されている。
【００８９】
本実施の形態のモータ駆動装置１Ｃにおいては、振動検出手段としてのマイクロホン１５８でリニア同期モータ１１Ｃの振動を検出するとともに、電気角検出手段として光学リニアセンサでリニア同期モータ１１Ｃの図示しない可動子の同固定子に対する相対位置を検出している。さらに、リニア同期モータ１１Ｃの駆動電流に比例するトルク補正駆動手段２１Ｂの出力値が振幅調整部２７Ｃに導入されている。このため、［数１３］で記述されるリニア同期モータ１１Ｃの推力リップルＴｒに対して、［数１１］の作用で振幅調整部２７Ｃの出力値がａＩ２に収束する。そして、［数８］の作用で［数２］のΦがΨの値に収束し、推力リップルＴｒが相殺される。
【００９０】
上述のように本実施の形態によれば、別構成にして第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００９１】
（第５の実施の形態）
本発明の第５の実施の形態を図１６に基づいて説明する。
【００９２】
上述の実施の形態ではトルク補正手段がトルクリップルあるいは推力リップルの種類ごとに構成されていたが、これはモータ駆動装置の構成を何ら限定するものでなく、相殺したいトルクリップルに応じて特許請求の範囲内で装置の構成を変更してなんら差し支えない。例えば、上記４つの実施の形態のすべてのトルクリップルを相殺するには、複数のトルク補正手段を図１６のように設けて良い。すなわち、モータ駆動装置１Ｄがトルク補正手段１９〜１９Ｃを備え、加算器１６０を介してこれらトルク補正手段１９〜１９Ｃの出力の総和をトルク補正駆動手段２１に導入して何ら差し支えない。
【００９３】
上述のように本実施の形態によれば、別構成にして第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００９４】
また、上記各実施の形態では、トルク補正手段はアナログ演算的に説明されているがこれは、アナログ、デジタルの演算方式を何ら限定するものではなくデジタル演算方式を適用してもよい。
【００９５】
このほか、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【００９６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、モータ本体に起因する様々な要因のトルクリップルを要因に応じて簡便に相殺することができるので、振動・騒音を抑制して装置の機能を満足するとともに調整作業の簡素化でコストの低減を図ることができ、また、駆動対象に余計な振動が発生せず破損しにくくなるため、装置の信頼性向上を図ることが可能なモータ駆動装置およびモータ駆動方法を提供てきる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における全体的な構成を示すブロック図。
【図２】上記の実施の形態における位相自動調整手段の構成を示すブロック図。
【図３】上記の実施の形態における振幅調整部の構成を示すブロック図。
【図４】上記の実施の形態における位相および振幅の自動調節の原理を説明するためのトルクリップルと時間との関係を示すパターン図。
【図５】上記の実施の形態における位相および振幅の自動調節の原理を説明するためのトルクリップルと時間との関係を示すパターン図。
【図６】上記の実施の形態における角速度と時間との関係を示すパターン図。
【図７】上記の実施の形態におけるトルク指令値と時間およびトルク出力と時間との関係を示すパターン図。
【図８】本発明の第２の実施の形態における全体的な構成を示すブロック図。
【図９】上記の実施の形態における位相自動調整手段の構成を示すブロック図。
【図１０】上記の実施の形態における振幅調整部の構成を示すブロック図。
【図１１】本発明の第３の実施の形態における全体的な構成を示すブロック図。
【図１２】上記の実施の形態における位相自動調整手段の構成を示すブロック図。
【図１３】上記の実施の形態における振幅調整部の構成を示すブロック図。
【図１４】本発明の第４の実施の形態における全体的な構成を示すブロック図。
【図１５】上記の実施の形態における振幅調整部の構成を示すブロック図。
【図１６】本発明の第５の実施の形態における全体的な構成を示すブロック図。
【符号の説明】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ…モータ駆動装置、３…負荷、５…速度制御装置、１１…回転電動機、１１Ｃ…リニア同期モータ、１３，１３Ｃ…駆動装置、１５…加速度センサ、１５Ｃ…マイクロホン、１７…レゾルバ、１７Ｃ…光学リニアセンサ、１８…磁界型電流センサ、１９，１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ…トルク補正手段、２１…トルク補正駆動手段、２２，２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ…位相調整部
２２′，２２Ａ′，２２Ｂ′…位相自動調整手段、２３…電気角一次関数演算部２５…正弦演算部、２７，２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃ…振幅調整部、３１…角速度目標パターン発生器、３３…トルク指令演算部、３５…三相交流電源、３７…コンバータ、３９…インバータ、４１…点弧角制御部、４３…サイリスタ部、４５…電流型パワーアンプ、４７…電流減算手段、４９…制御用電源、５０，７２，７４…絶対値演算部、５２，７６…２π除算余り演算器、５４，１４０…擬似微分器、５６…π／２サンプルホルダ、５８，６８…３π／２サンプルホルダ、６０，９２，９４，１４６…減算器、６２…周期的位相偏差積分手段、６３…位相ゲイン乗算器、６４，１０４…正逆転調整部、６６…電流正負調整部、６９，１００，１１２，１２４，１２８，１６０…加算器、７８…０πサンプルホルダ、８０，１２２…πサンプルホルダ、８２，１２６…２πサンプルホルダ、８４，８６…平均値演算部、８８…０〜π時間積分平均値演算部、９０…π〜２π時間積分平均値演算部、９６，９８…周期的振幅偏差積分手段、１０２…振幅ゲイン乗算器、１０６，１３０，１４４…乗算器、１０８…極対数乗算部、１１０…傾き乗算部、１１４…０〜π時間積分演算部、１１６，１２０…時間平均演算部、１１８…π〜２π時間積分演算部、１５０…直流電源、１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃ…電動機ユニット、１５４…駆動励磁電圧演算手段、１５６…二乗演算器、１５８…マイクロホン

Claims

駆動対象を駆動するとともに交番磁極と可動部を有する駆動力発生手段と、
前記駆動力発生手段が発生すべき推力指令もしくはトルク指令に基づいて前記駆動力発生手段を電流で駆動する駆動手段と、
前記駆動対象もしくは前記駆動力発生手段の発生する振動を検出する振動検出手段と、
前記交番磁極と前記可動部の電気角を検出する電気角検出手段と、
前記電気角検出手段の出力に関する一次関数を演算するとともに当該一次関数の切片を調整可能に設定する位相調整部を備えた電気角一次関数演算部と、前記電気角一次関数演算部の出力値に関する正弦値あるいは余弦値を演算する三角関数演算部と、前記三角関数演算部の演算結果を入力し振幅ゲインを乗じて前記三角関数演算部出力の振幅を調整する振幅調整部とを備えたトルク補正手段と、
前記トルク補正手段の出力に基づいて前記駆動力発生手段を励磁するトルク補正駆動手段とを備えたモータ駆動装置において、
前記振動検出手段の出力信号を時間微分もしくは時間積分して位相シフト信号を生成し、前記電気角一次関数演算部出力値の所定の間隔毎に前記位相シフト信号をサンプリングし、所定の時刻から一周期前までの前記位相シフト信号サンプリング値の総和に加算するとともに加算結果に所定の位相調整ゲインを乗じた周期的位相偏差積分値を前記位相調整部の位相調整値とし、当該位相調整値が所定の範囲内に収束するように前記位相調整ゲインを調整する位相自動調整手段を具備したことを特徴とするモータ駆動装置。
前記位相自動調整手段は、
前記振動検出手段の出力信号を時間微分もしくは時間積分する振動位相シフト手段と、
前記電気角一次関数演算部出力値の所定の間隔毎に前記振動位相シフト手段の出力値をサンプリングするシフト振動サンプリング手段と、
前記電気角一次関数演算部出力値の所定の間隔毎に前記シフト振動サンプリング手段の出力値を所定時刻から一周期前までの当該シフト振動サンプリング手段出力値の総和に加算する周期的位相偏差積分手段と、
前記周期的位相偏差積分手段の演算結果に所定のゲインを乗じる位相ゲイン乗算手段とを備え、
前記位相ゲイン乗算手段の演算結果を前記位相調整部の位相調整値として出力することを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
前記振幅調整部は、前記三角関数演算部の演算結果に前記駆動装置の駆動電流値に基づくゲインを乗じる電流ゲイン乗算部を備えていることを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
前記電流ゲイン乗算部は、前記推力指令もしくはトルク指令の値をゲインとして入力信号に乗じるとともに乗算結果を出力することを特徴とする請求項３記載のモータ駆動装置。
前記駆動装置の出力電流値を検出する駆動電流検出手段を更に備えるとともに、前記電流ゲイン乗算部が、当該駆動電流検出手段の出力値をゲインとして入力信号に乗じるとともに乗算結果を出力することを特徴とする請求項３記載のモータ駆動装置。
前記振幅調整部が、
前記電気角一次関数演算部出力値の所定の間隔毎に前記振動検出手段の出力値をサンプリングする振動サンプリング手段と、
前記電気角一次関数演算部出力値の所定の間隔毎に一周期前の前記振動サンプリング手段出力値との平均値を出力する振動サンプル値平均演算手段と、
前記振動検出手段の出力信号を時間積分して出力する振動積分手段と
前記電気角一次関数演算部出力値の所定の間隔毎に前記振動積分手段出力値の時間平均値を演算する振動時間平均演算手段と、
前記電気角一次関数演算部出力値の所定の間隔毎に前記振動サンプル値平均演算手段と前記振動時間平均演算手段との差を演算する振幅偏差比較部と、
前記電気角一次関数演算部出力値の所定の間隔毎に前記振幅偏差比較部の出力値を所定時刻から一周期前までの当該振幅偏差比較部出力値の総和に加算する周期的振幅偏差積分手段と、
前記周期的振幅偏差積分手段の演算結果に所定のゲインを乗じる振幅ゲイン乗算手段と、
を備え、前記振幅ゲイン乗算手段の出力値を前記振幅ゲインとして入力信号に乗じることを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
前記周期的位相偏差積分手段が、前記シフト振動サンプリング手段の出力値を時間積分する積分器であることを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
前記周期的振幅偏差積分手段が、前記振幅偏差比較部の出力値を時間積分する積分器であることを特徴とする請求項６記載のモータ駆動装置。
前記電気角の時間変化を出力する電気角速度検出手段を備えていることを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
前記位相調整部が、前記電気角速度検出手段の出力値を前記周期的位相偏差積分手段の出力値に乗じる電気角速度位相乗算器を備えていることを特徴とする請求項９記載のモータ駆動装置。
前記振幅調整部が、前記電気角速度検出手段の出力値を前記周期的振幅偏差積分手段の出力値に乗じる電気角速度振幅乗算器を備えていることを特徴とする請求項９記載のモータ駆動装置。
前記電気角検出手段がレゾルバを備えていることを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置
前記電気角検出手段がエンコーダを備えていることを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
前記電気角速度検出手段が発電機を備えていることを特徴とする請求項９記載のモータ駆動装置。
前記振動検出手段が加速度センサを備えていることを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
前記振動検出手段がマイクロホンを備えていることを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
前記トルク補正駆動手段がパワーアンプを備えていることを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
前記トルク補正駆動手段が変圧器を備えていることを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
駆動対象を駆動するとともに交番磁極と可動部を有する駆動力発生手段と、
前記駆動力発生手段が発生すべき推力指令もしくはトルク指令に基づいて前記駆動力発生手段を電流で駆動する駆動手段と、
前記駆動対象もしくは前記駆動力発生手段の発生する振動を検出する振動検出手段と、
前記交番磁極と前記可動部の電気角を検出する電気角検出手段と、
前記電気角検出手段の出力に関する一次関数を演算するとともに当該一次関数の切片を調整可能に設定する位相調整部を備えた電気角一次関数演算部、前記電気角一次関数演算部の出力値に関する正弦値あるいは余弦値を演算する三角関数演算部および前記三角関数演算部の演算結果を入力し振幅ゲインを乗じて前記三角関数演算部出力の振幅を調整する振幅調整部を備えたトルク補正手段と、
前記トルク補正手段の出力に基づいて前記駆動力発生手段を励磁するトルク補正駆動手段とを備えているモータ駆動装置の駆動方法において、
前記振動検出手段の出力信号を時間微分もしくは時間積分して位相シフト信号を生成し、前記電気角一次関数演算部出力値の所定の間隔毎に前記位相シフト信号をサンプリングし、所定の時刻から一周期前までの前記位相シフト信号サンプリング値の総和に加算するとともに加算結果に所定の位相調整ゲインを乗じた周期的位相偏差積分値を前記位相調整部の位相調整値とし、当該位相調整値が所定の範囲内に収束するように前記位相調整ゲインを調整することを特徴とするモータ駆動方法。
前記電気角一次関数演算部出力値の所定の間隔毎に、前記振動検出手段の出力値をサンプリングし、一周期前のサンプリング値との第１の平均値を計算するとともに、前記電気角一次関数演算部出力値の所定の間隔毎に前記振動検出手段出力の時間積分に関する時間時間平均である第２の平均値を計算し、前記第１の平均値と前記第２の平均値との差を前記電気角一次関数演算部出力値の所定の間隔毎に所定の時刻から一周期前までの前記第１の平均値と前記第２の平均値との差の総和に加算するとともに加算結果に所定の振幅調整ゲインを乗じた周期的振幅偏差積分値を前記振幅調整部の前記振幅ゲインとし、当該振幅ゲインが所定の範囲内に収束するように前記振幅調整ゲインを調整することを特徴とする請求項１９記載のモータ駆動方法。
前記振動検出手段の出力信号を時間微分もしくは時間積分して位相シフト信号を生成し、前記電気角一次関数演算部出力値の所定の間隔毎に前記位相シフト信号をサンプリングし、前記位相シフト信号サンプリング値の時間積分を計算するとともに当該時間積分値に所定の位相調整ゲインを乗じた周期的位相偏差積分値を前記位相調整部の位相調整値とし、当該位相調整値が所定の範囲内に収束するように前記位相調整ゲインを調整する請求項１９記載のモータ駆動方法。
前記電気角一次関数演算部出力値の所定の間隔毎に、前記振動検出手段の出力値をサンプリングし、一周期前のサンプリング値との第１の平均値を計算するとともに、前記電気角一次関数演算部出力値の所定の間隔毎に前記振動検出手段出力の時間積分に関する時間時間平均である第２の平均値を計算し、前記第１の平均値と前記第２の平均値との差を時間積分するとともに当該時間積分値に所定の振幅調整ゲインを乗じた周期的振幅偏差積分値を前記振幅調整部の前記振幅ゲインとし、当該振幅ゲインが所定の範囲内に収束するように前記振幅調整ゲインを調整することを特徴とする請求項１９記載のモータ駆動方法。