JP2013126342A - 電動機の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明が解決しようとする課題は、電動機または電動機周辺機器の振動や騒音
を低減する電動機の制御装置を提供する。
【解決手段】 実施形態の電動機の制御装置は、電動機のトルクを検出する軸トルク検出
手段１と、軸トルク検出手段１で検出されたトルクに基づき、電動機３４または電動機周
辺機器３５、３６の固有振動数を検出し、検出した固有振動数の（１／ｎ）倍（ｎは整数
）の周波数領域をカットするノッチフィルタ３とを有している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電動機の制御装置に関する。

ＤＣブラシレスモータをはじめとする電動機のトルク脈動は振動、騒音原因となることか
ら、電動機の回転角度情報とトルク振幅・位相情報を用いてベクトル制御にてトルク脈動
を低減する制御装置が開発されている。代表的な例を図９、図８を用いて説明する。本発
明対象の装置において電動機３４は、３相巻き線５１、５２、５３を有し交流駆動装置４
０にて駆動する３相交流電動機であり、駆動装置４０は、図８における駆動力指令手段２
５と駆動手段４５を有する。また、電動機３４はアプリケーションによって異なるが負荷
装置３５に接続され、取付装置３６に据え付けられる。なお、図７、図８はあくまでも先
行技術としての駆動装置４０例であり、当発明内容対象を限定するものではない。図９に
おいて、電動機の回転角度情報は、回転角検出手段４７によって逐次ｄ／ｑ軸電流手段４
１と、電流補償手段４２、電流制御手段４３、３相→ｄｑ変換手段４６へ接続される。回
転角検出手段は、エンコーダ等センサを用いる場合と、センサを用いずに角度推定制御手
法等がある。

駆動装置４０内において、ｄ軸とｑ軸電流の指令値は、速度指令値と回転実速度から求め
られ、ｄ／ｑ軸電流指令手段４１によって決定する。得られた指令値は、実速度から求め
た回転角度情報に基づき電流補償手段４２にて補正され、電流制御手段４３に接続する。
３相電流検出手段４８、４９、５０によって３相交流電流が検出され、検出された３相交
流電流は３相→ｄｑ変換手段４６からはＩｄ、Ｉｑ信号が出力され、電流制御手段に接続
される。駆動手段４５は、直交静止座標系の電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに基づいて電動
機の各巻き線に駆動信号となる電流信号Ｉｕｆ、Ｉｗｆ、Ｉｖｆを与える。駆動手段４５
から、電圧指令値にもとづいた出力電流が電動機に供給される。

このような制御システムによって駆動する電動機は、近年さまざまなシステムの原動機と
して採用されている。たとえば、電動機が永久磁石同期電動機である場合、特にその突極
性からトルク脈動が発生しやすく、振動、騒音の原因となる。ここでは、例としてトルク
脈動の例として６次高調波について述べるが、本発明ではｎ次高調波について提案を行っ
ており、本提案はｎ＝６に限らず、またｎ次高調波は１個以上ｍ個を想定している。同期
電動機のＵ相誘起電圧は数式１で与えられる。Ｖ相、Ｗ相の誘起電圧についても１２０度
ずつ位相がずらされた同様の式で与えられる。

式１中、θｅは電気角、ωは電気角速度、Ψ_ｆは１相あたりの永久磁石による電機子鎖交
磁束の最大値、Ψ_ｃ５、Ψ_ｃ７、Ψ_ｓ５、Ψ_ｓ７は、永久磁石による電機子巻き線１相あ
たりの５次と７次の正弦、余弦成分の最大鎖交磁束数である。３相分の式１についてｄ−
ｑ変換をすると、式２を得る。

式２中、θｅはｄ軸Ｕ相からの進み電気角である。

式２は、３相モデルの誘起電圧に含まれる５次、７次高調波がｄ−ｑ軸モデルの誘起電圧
の６ｆ成分になることを表している。スロットコンビネーションに依存して誘起電圧およ
び交流電流に含まれる高調波が、５と７以外の場合、３相モデルの整数ｍ−１次とｍ＋１
次の誘起電圧の高調波は、ｄ−ｑ軸モデルの誘起電圧のｍｆ成分となる。電動機のトルク
は、電圧と電流の積で求められるため、電圧、電流少なくともいずれかに整数倍の高調波
が含まれるような電動機の場合、そのトルクは脈動を持ち、電動機は脈動しながら回転を
する。電動機のトルクが周期的に変動すると、低速回転の場合電動機の軸に接続された負
荷側に振動となって伝達し、高速回転の場合、振動が放射する音波が可聴域に達し騒音と
なる。

例として、図１０にトルク脈動の波形を示す。図１０の横軸は時間、縦時期はトルク（た
とえば単位はＮｍ）を表している。インバータなどモータ４０からのトルク指令値を中心
値として、誘起電圧と電流波形の歪み、電動機のスロットコンビネーション等の理由から
、図１０に示す周期的なトルク脈動が発生する。また、電動機は、負荷や取付装置に接続
されるので、トルクの変動や脈動は、負荷や取付装置側にも伝達され、振動原因となる。
電動機の回転数が上昇してもトルク脈動が依然高く発生するような電動機の場合、取付装
置等の振動による放射音が可聴域に達するため騒音原因になる。周期的なトルク変動の周
波数成分が、電動機や取付装置の固有振動数に一致した場合、その振動と騒音は更に増大
する。

そこで、これら問題を解決するため、特許文献１では、トルク脈動もしくは振動・騒音低
減を実現する電動機の制御装置を提案している。

ここでさらに電動機を取付装置に取り付けた際に問題について述べる。図８は装置全体の
構成図である。電動機３４の回転数およびトルクは駆動力指令手段２５によって可変可能
である。図８に示す電動機３４、負荷装置３５、取付装置３６は各々固有振動数を有して
いる。

ＤＣブラシレスモータたとえば永久磁石同期電動機は、その発生したトルク脈動か径方向
高調波電磁力が、電動機３４か負荷装置３５、取付装置３６いずれかの固有振動数近傍に
達すると、固有振動数を励起し、トルク脈動が増大し回転変動が増大する、もしくはま装
置の振動、騒音が増大する問題がある。また、回転方向の電磁力高調波の共振周波数の励
起によって、電動機３４の出力するトルクが不安定になる要因となる。

このような問題に対して、電動機で発生するトルク脈動を検知し、学習することで電圧制
御にてトルク脈動を抑制する学習アルゴリズムが開発されている。この学習アルゴリズム
は、たとえばｎ次高調波に起因して発生するトルク脈動の周波数情報を、振幅、位相検出
手段にて集録、ｎ次トルク脈動を低減するようにこれらに対応するｄ軸、ｑ軸電流の整数
倍高調波の振幅、位相情報をあらかじめ学習、アルゴリズム内部に保持し、回転速度が変
化しても再学習を繰り返し、回転周波数の整数倍のトルク脈動をキャンセルするような電
圧制御を行う。

特開２００６−２８８０７６号公報

しかしながら、従来のトルク脈動の学習アルゴリズムは、電動機回転数の整数倍のトル
ク脈動の周波数が、電動機または負荷装置、取付装置の共振周波数と一致すると、共振周
波数近傍の急峻な位相と振幅の変化によりｄ軸、ｑ軸高調波電流の位相成分を正しく学習
、制御装置内部に保持できず、ｄ軸、ｑ軸電流の学習が成立せずトルク脈動もしくは径方
向振動、騒音を低減させることができないという問題が発生する。

本発明が解決しようとする課題は、電動機または電動機周辺機器の振動や騒音を低減す
る電動機の制御装置を提供する。

実施形態の電動機の制御装置は、電動機のトルクを検出する軸トルク検出手段と、軸ト
ルク検出手段で検出されたトルクに基づき、電動機または電動機周辺機器の固有振動数を
検出し、検出した固有振動数の（１／ｎ）倍（ｎは整数）の周波数領域をカットするノッ
チフィルタとを有している。

第１の実施形態に係る電動機の制御装置の制御ブロック図。 電動機のＩｑ信号と高調波の関係とトルク波形。 トルク脈動制御が実施された電動機のＩｑ信号とトルク波形。 第２の実施形態に係る電動機の制御装置の制御ブロック図。 第２の実施形態に係る電動機の制御装置信号処理装置のブロック図。 第３の実施形態に係る電動機の制御装置の制御ブロック図 第１の実施形態乃至第３実施形態の電動機の制御装置のトルクを示す図 電動機と装置のブロック図 従来の交流電動機と駆動手段のブロック図 従来の電動機の制御装置のトルクを示す図。

以下に本発明に係る各実施形態について説明する。少なくとも１つの実施形態は電動機の
制御装置において制御電流もしくは電圧指令値に対し、トルク脈動もしくは電動機または
電動機周辺機器の振動や騒音が低減するような電流もしくは電圧補償値を与える補償手段
に関する。

（第１の実施形態）
（構成）
図１は、第１の実施形態に関わる電動機の制御装置を示した構成図である。図１は、電動
機を駆動するための駆動手段４５から軸トルクを検出する軸トルク検出手段１と、検出さ
れた軸トルクの周波数成分中、電動機３４、電動機周辺機器（負荷装置３５、取付装置３
６）の共振周波数の１／ｎの帯域をカットするノッチフィルタ３と、回転周波数可変にて
運転している電動機３４の回転角度情報を検出する回転角検出手段２と、駆動指令値であ
る運転周波数指令手段９とノッチフィルタ３で処理された軸トルク信号と回転角検出手段
２で得られた回転角度情報を演算して、トルクの振幅と位相演算を行うトルク振幅／位相
演算手段４と、トルク振幅／位相演算手段４で得られた振幅情報にゲインを乗算する振幅
ゲイン乗算手段５と、振幅ゲイン乗算器５の結果に機械現象における軸偏心かトルク脈動
か回転力変動に対応するｎｆの電流高調波成分がキャンセルされるような電圧振幅補正値
を与えるｎｆ電圧振幅時間積分手段６と、ｎｆ電圧振幅時間積分手段６とトルク振幅／位
相演算手段４で計算された値が固有振動数近傍にあるとき、ｎｆの学習振幅情報の急変を
回避するＩｑ／Ｉｑ０ゲイン計算手段７と、ｎｆの学習位相情報の急変を回避するＩｑ０
／Ｉｑゲイン乗算手段１３と、トルク振幅／位相演算手段４で計算された電気角について
、機械現象におけるトルク脈動か回転力変動か軸偏心に対応するｎ倍の高調波成分にたい
しゲインを与えるｎｆ乗算手段２１と、Ｉｑ０／Ｉｑゲイン乗算手段１０の結果を乗算す
る乗算演算手段１６と、１６の出力結果に位相ゲインを与える位相ゲイン乗算手段１２と
、電圧位相補正値を与えるｎｆ電圧位相時間積分手段１３と、正弦演算手段８を有する制
御装置１００である。

（作用・効果）
図１の制御装置１００による制御方法を以下に説明する。図１のノッチフィルタ３と、Ｉ
ｑ／Ｉｑ０ゲイン乗算手段７とＩｑ０／Ｉｑゲイン乗算手段１０による本実施形態の作用
について図１、図２、図３、図７を基に概念的に説明する。その後、数式を用いて詳細な
制御方法について説明する。

図２（ａ）に、トルク脈動が発生している電動機３４の電流周波数成分を示す。電動機３
４のトルクは、電流と電圧の積で得られるから、たとえば極数２の永久磁石同期電動機の
場合２倍高調波２ｆは電動機の回転現象における軸偏心となり、６ｆはトルク脈動となる
。ここでは例として２ｆと６ｆについて説明するが、本発明の請求範囲は２、６以外も対
象とする。回転機３４の出力トルクがトルク脈動を含む時、図１の軸トルク検出手段１で
得られる実際の時間波形は、図２（ｂ）に示す出力波形５８のようにトルク指令値に対し
、周期性を有した脈動を持ち、振動と騒音原因となる。トルク脈動の学習アルゴリズムは
、その制御装置内部で２ｆと６ｆに対応するトルク振幅と回転角度情報を収集、学習し、
図３に示す２ｆと６ｆが低減されるような電流もしくは電圧制御を行う。この制御により
、電動機３４はトルク脈動が少なくかつなめらかに回転するので、図９（ｂ）に示すトル
ク波形を得ることが可能となり、電動機３４と装置の低振動化、低騒音化を実現する。し
かしながら、２ｆもしくは６ｆが、電動機３４、負荷装置３５、取付装置３６いずれかの
固有振動数５６と一致すると、図３（ｃ）に示す６ｆもしくは２ｆは振幅と位相の急変を
招き学習が成立せずトルク脈動が増大する。そこで、本発明ではあらかじめ電動機３４、
負荷装置３５、装置３６の固有振動数を把握したうえで、その１／２倍もしくは１／６倍
の周波数帯域をカットする特性を有するノッチフィルタ３をトルク振幅／位相演算手段の
前段に入れることを提案する。これにより、例では基本周波数の２倍もしくは６倍が固有
振動数と一致するときは、ｎｆ振幅情報はトルク振幅／位相演算手段４に入力されないた
め、共振周波数近傍の急峻な振幅の急変を回避できる。また、トルク脈動成分であるｎ次
高調波が固有振動数近傍にきた時に発生するトルクの急変で、６ｆ・５２がＩｑ／Ｉｑ０
倍になることを防ぐためゲインを与えるＩｑ／Ｉｑ０ゲイン計算手段７によって、あらか
じめ振幅を増加させることにより、再学習を防ぐことが可能になる。同様に、トルク脈動
の位相成分についてもＩｑ０／Ｉｑゲイン乗算手段１０によって、位相学習におけるゲイ
ンが変わらないよう急な変動分を打ち消すことが可能となる。これらによって、本来低減
すべき２ｆもしくは６ｆの振幅と位相情報が保持されるので、共振周波数近傍でも、トル
ク脈動制御アルゴリズムが動作し、トルク脈動の低減が可能となり、図７のような変動の
小さな安定したトルクを得る。

以下に数式を以って、上記作用を実現するための方法を提示する。

トルク脈動を制御する方法は数式３に示すようにｄ軸とｑ軸に対して電流指令値を補正す
る。Ｉ_ｄｃはｄ軸電流指令値、Ｉ_ｑｃはｑ軸電流指令値で、Ｉ_ｄｃ０はｄ軸電流補正値、
Ｉ_ｑｃ０はｑ軸電流補正値である。

（式４）、（式５）では、ｎ次のトルク脈動成分をｄ軸、ｑ軸各軸で正弦波補正する。ｎ
は次数、ａ_ｄ、ａ_ｑはｄ軸とｑ軸の振幅補正値、ｌは高調波成分比、θｅは電気角、Ｐ_ｄ
、Ｐ_ｑはｄ軸とｑ軸の位相補正値である。振幅がａ_ｉ、位相φ_ｉの正弦波の和で表される
原信号に対して、たとえばｄ−ｑ軸モデルのｍ次高調波によるトルク脈動もしくは振動・
騒音低減を目的にする場合、原信号と学習器側が有する正弦関数ｓｉｎ（−ｍθ＋ζ）と
の数値積分値ｐｈを評価関数とし学習を行う。

このようにして供給されたｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値はたとえば電流制御手段４３
からｄｑ→３相変換手段４４を経て３相交流電流となり駆動手段４５から出力され、電動
機３４を回転させ、またトルク脈動が低減された回転変動の少ないトルクＴを得る。式６
はトルクＴを表す。

式６において、Ｐ_ｎは極対数、Ψ_ａ＝√３／２Ψ_ｆ＝√３Ψ_ｅ、Ψ_ｅは永久磁石による電
機子鎖交磁束の実効値、Ｌ_ｄはｄ軸インダクタンス、Ｌ_ｑはｑ軸インダクタンスである。

Ｐ_ｎ、Ｌ_ｄ、Ｌ_ｑは電動機の電気設計から決定される。電流制御によってトルク脈動やモ
ータの電磁高調波による振動の低減を実施する場合、ΨａとＩ_ｄ、Ｉ_ｑに対する補償をい
かに行うかでその低減性能が決定される。振幅がａｉ、位相φｉの正弦波の和で表される
原信号に対して、たとえばｄ−ｑ軸モデルのｍ次高調波によるトルク脈動もしくは振動・
騒音低減を目的にする場合、原信号と学習器側が有する正弦関数ｓｉｎ（−ｍθ＋ζ）と
の数値積分値ｐｈを評価関数とし学習を行う。数値積分を実施すると、ｐｈは位相がｍ次
高調波の位相＋（ζ−π／２）で、振幅がｍ次高調波の振幅かもしくはそれに比例する値
であるような正弦関数で表される。そこで、ｐｈ＝０となるようなζを決定することがト
ルク脈動や振動・騒音源になるｍ次高調波の位相成分を学習することと等価になる。振幅
側においても同様に、原信号と学習器側が有する正弦関数ｓｉｎ（−ｋθ＋ζ−π／２）
の積の数値積分値ｍａｇが、キャンセルすべきトルク脈動の振幅値ａｋに収束することが
要請される。

また、たとえば先行文献では数式７のようにｄ軸とｑ軸の電流補償値のａｄ、Ｐｄを決定
する実施例がある。

上式の場合、ｄＩ_ｄｃとδｄＩ_ｄｃ ／δｔの値に応じて、補正値ｇ_ｐｄ、ｄＦ_ｒｆの積
または個別に加算、もしくは減算をする。電流指令補正信号ｄＩｄｃが０（電流指令補正
信号が最大または最小）となるときの振動または騒音ｄＦｒｆと前回使用した位相Ｐ^ｏｌ
ｄ _ｄとの和で新たな調整位相Ｐ^ｎｅｗ _ｄを決定する。本来低減すべき周期的なトルク脈動
の周波数成分が、電動機と機械装置の固有振動数を励起した代表例を図３（ｃ）に示す。
ｄＩ_ｄｃ ＝０あるいはｄＩ_ｑｃ＝０となる点は、機械系との共振によって増大したトル
ク波形の最大変化点である。また、電動機と機械装置の固有振動数付近では、センシング
の際本来基本波から一様にθ度位相がずれているトルク脈動の位相が急変する（機械角で
＋ないしは−１８０度変動する）ので、固有振動数の通過前後ではδｄＩ_ｄｃ ／δｔの
正負が定まらないので、振幅補正指令値と位相補正指令値が定まらず変動する、もしくは
固有振動数近傍でトルク脈動を逆に励起し増大するような振幅補正指令値と位相補正指令
値を算出してしまいトルク脈動低減の制御が安定しない問題がある。そこで進み角θ_ｅの
ｎ倍の高調波が固有振動数と一致し、振幅と位相が急変することを防ぐため、進み角θ_ｅ
に対しフィルタがかかるように、検出された軸トルクの周波数成分中、電動機３４、負荷
装置３５、取付装置３６の機械の固有振動数の各々１／ｎの帯域をカットするノッチフィ
ルタ３を与える。これによって、たとえば６ｆの周波数が共振周波数に一致しても、一致
による振幅の急変と位相反転を学習することなく、振幅ゲイン乗算手段と位相ゲイン乗算
手段が保持している本制御装置が低減するｎｆ高調波成分の振幅と位相情報を有したまま
、学習が成立することを実現する。また、トルク脈動成分であるｎ次高調波が固有振動数
近傍にきた時に発生するトルクの急変で、ｎ次高調波、ｎ次トルク脈動がＩｑ／Ｉｑ０倍
になることを防ぐためゲインを与えるＩｑ／Ｉｑ０ゲイン計算手段７によって、あらかじ
め振幅を増加させることにより、再学習を防ぐことが可能になる。同様に、トルク脈動の
位相成分についてもＩｑ０／Ｉｑゲイン乗算手段１０によって、位相学習におけるゲイン
が変わらないよう急な変動分を打ち消すことが可能となる。

以上のような本実施形態の構成によると、電動機の回転状況が変化しても、機械とトルク
脈動との共振を回避しながらトルク脈動を低減し、電動機または電動機周辺機器から発生
する振動や騒音を軽減することが可能な電動機の制御装置を提供することが可能となる。

また、本実施形態で述べた１個のｎ次トルク脈動を、装置の固有振動数による励起とトル
クの急変を回避しながら低減する制御装置は、ｎｆ電圧振幅時間積分手段６と、ｎｆ乗算
手段１４、ｎｆ電圧位相時間積分手段１３をｍ個のｎ次（ｎ＝２、３、４、、、、ｗ）高
調波に対し与え、またノッチフィルタもｍ個各々拡張することで、ｍ個のトルク脈動に適
用することが可能である。

またさらには、前述したｍ個のｎ次トルク脈動を、装置の固有振動数による励起とトルク
の急変を回避しながら低減する制御装置は、対象を振動、騒音源となる径方向電磁高調波
に拡張することが可能である。具体的には、軸トルク検出手段１を振動、騒音検出手段に
置き換える、または電流検出手段で得た電流から角度、トルク推定するような検出手段に
変更してもよい。また、ｄ軸電流を対象とし、Ｉｑ／Ｉｑゲインと、Ｉｑ０／Ｉｑゲイン
をｄ軸、ｑ軸電流両側に対し設置し、ｎ次径方向電磁高調波が装置の固有振動数を励起し
たときの径方向電磁高調波の急変を防止する。また、ｎｆ電圧振幅時間積分手段６と、ｎ
ｆ乗算手段１４、ｎｆ電圧位相時間積分手段１３をｍ個のｎ次（ｎ＝２、３、４、、、、
ｗ）高調波に対し与え、またノッチフィルタもｍ個各々拡張することで、ｍ個の径方向電
磁高調波低減に適用することが可能である。

（第２の実施形態）
以下図４、５を参照して、本発明の第２の実施形態について説明する。尚、図１と同一の
構成をとるものについては、同符号を付して説明を省略する。

（構成）
図４は、本発明の第２の実施形態に関わる電動機の制御装置を示した構成図である。図５
は、ノッチフィルタ２４と、トルク振幅／位相演算手段４で得たトルクの周波数成分を用
いて電動機３４、負荷装置３５、取付装置３６の固有振動数を検出する固有振動数自動検
出手段２３と、固有振動数自動検出手段２３の結果に基づきノッチフィルタ２４のフィル
タ特性を変更するノッチフィルタ特性更新手段２２を有する第２制御装置２００を示す。

（作用・効果）
本実施形態のノッチフィルタ２４は、トルク脈動制御アルゴリズムの実行前に、図５の
固有振動数自動検出手段２３と、ノッチフィルタ特性更新手段２２を用いて、振動数を自
動的に探索し、割り当てることが可能である。固有振動数自動検出手段２３について、詳
細に説明する。図５の駆動力指令手段２５と駆動手段４５を用いて、たとえば３相電流の
周波数をスイープ信号にて与え、電磁力的に励起された電動機からトルク検出手段２８に
てトルクを検出する。検出したトルクは、トルク脈動検出手段２９で脈動成分を抽出され
る。増大部特徴量抽出手段３０では、抽出されたトルク脈動成分の最大値にフーリエ変換
を実施し、そこから得られる固有振動数を抽出する。抽出された固有振動数に基づき、そ
の固有振動数の１／ｎの帯域をカットするようなフィルタ特性を決定する。このとき、フ
ィルタ特性を決定した固有振動数を“既存”固有振動数として学習前データ記憶手段３２
に保持する。その後、固有振動数自動検出手段２３におけるトルク脈動の増大部特徴量抽
出手段３０によって新たな固有振動数が検出される。その新たに検出された固有振動数を
“新”固有振動数とする。この“既存”固有振動数と“新”固有振動数を比較手段３１に
て比較する。その際に、“既存”固有振動数と“新”固有振動数が異なる値の場合、“新
”固有振動数の値を固有振動数記憶手段３３に値を受け渡す。固有振動数記録手段３３は
、図４のノッチフィルタ特性更新手段２２に接続され、ノッチフィルタの特性を変更する
ために使用される。

同探索アルゴリズムでは、周波数スイープだけではなく、Ｍ系列、ステップ信号、インパ
ルス信号、ホワイトノイズ信号など、広帯域周波数成分を有する信号であれば実施が可能
である。

また、ノッチフィルタ２４は、経年変化による電動機材料のヤング率変化、フレームの腐
食、塵埃などによる電動機および負荷装置等の電動機周辺機器の固有振動数変化に伴い、
図５のトルク振幅／位相演算成分を用いて電動機３４、負荷装置３５、取付装置３５の固
有振動数を検出する固有振動数自動検出手段２３と、共振周波数自動検出ステップの結果
に基づきノッチフィルタ２４のフィルタ特性を変更するノッチフィルタ特性更新手段２２
で、定期的に最新の共振周波数を検知し、ノッチフィルタ２４のカットオフ周波数帯域等
フィルタ特性を内部で補正することも可能である。

以上に述べた少なくとも１つの本実施形態の構成によると、電動機の回転状況が変化して
も、機械とトルク脈動との共振を回避しながらトルク脈動を低減し、電動機または電動機
周辺機器から発生する振動や騒音を軽減することが可能な電動機の制御装置を提供するこ
とが可能となる。

また、電動機または電動機周辺機器の固有振動値が外的、または時間的要因で変化したと
してもその変化に対応し、電動機または電動機周辺機器から発生する振動や騒音を軽減す
ることが可能となる。

（第３の実施形態）
以下図面を参照して、本発明の第３の実施形態について説明する。尚、図１乃至５と同一
の構成をとるものについては、同符号を付して説明を省略する。

（構成）
図６は、本発明の第３の実施形態に関わる電動機の制御装置を示した構成図である。トル
ク振幅／位相演算手段４で得たトルクの周波数成分を用いて電動機と取付装置の固有振動
数を検出する固有振動数自動検出手段２３と、固有振動数自動検出手段２３の結果に基づ
き、ノッチフィルタ３の現在のフィルタ特性と、２３の結果を比較するノッチフィルタ特
性更新手段２４と、比較した結果値が異なる場合、アラームを出力するアラーム出力手段
７０を有する制御装置３００を示す。

（作用）
図６のノッチフィルタ３は、装置と電動機の締結のゆるみ、装置との接続、経年変化によ
る電動機装置材料のヤング率変化、フレームの腐食、塵埃などによる電動機およびその負
荷装置の固有振動数変化で、ノッチフィルタ３が遮断している固有振動数の帯域を過ぎた
場合にはアラーム出力７０から、警告を出すことが可能である。

以上に述べた少なくとも１つの本実施形態の構成によると、電動機の回転状況が変化して
も、機械とトルク脈動との共振を回避しながらトルク脈動を低減し、電動機または電動機
周辺機器から発生する振動や騒音を軽減することが可能な電動機の制御装置を提供するこ
とが可能となる。

また、本実施形態では、ノッチフィルタの交換時期を検出し、外部表示機等に出力する。
ノッチフィルタを適切な時期に交換が可能となることから、電動機の制御装置の信頼性を
向上することが可能となる。

上記で説明された全ての実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定す
るものではない。そのため、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の
要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施
形態やその変形は、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

例えば、電動機のトルク脈動もしくは径方向電磁高調波を低減する電動機の制御装置は
ノッチフィルタを有するが、その種類はＩＩＲ（無限インパルス応答）フィルタ、ＦＩＲ
（有限インパルス応答）フィルタどちらも利用可能である。

また例えば、電動機のトルク脈動もしくは径方向電磁高調波を低減する電動機の制御装
置はノッチフィルタを有するが、電流、トルク、回転角情報などから自動的に固有振動数
の振幅と位相に対応するフィルタ特性に収束する適応フィルタが利用可能である。

１ 軸トルク検出手段
２ 回転角検出手段
３ ノッチフィルタ
４ トルク振幅／位相演算手段
５ 振幅ゲイン手段
６ ｎｆ電圧振幅積分手段
７ Ｉｑ／Ｉｑ０ゲイン計算手段
８ 正弦演算手段
９ 運転手端数指令手段
１０ Ｉｑ０／Ｉｑゲイン乗算手段
１１ 乗算手段
１２ 位相ゲイン乗算手段
１３ ｎｆ電圧位相積分手段
１４ ｎｆ乗算手段
１５ 和算器
２２ ノッチフィルタ特性更新手段
２３ 固有振動数自動検出手段
２４ 適応的なノッチフィルタ
２５ 駆動力指令手段
２９ トルク脈動検出手段
３０ トルク脈動の増大部特徴量抽出手段
３１ 比較手段
３２ 学習前データ記憶手段
３３ 固有振動数記憶手段
３４ 電動機
３５ 負荷装置
３６ 取付装置
４０ 駆動装置
４１ ｄ／ｑ軸電流指令手段
４２ 電流補償手段
４３ 電流制御手段
４４ ｄｑ→３相変換手段
４５ 駆動手段
４６ ３相→ｄｑ変換手段
４７ 回転角検出手段
４８ ３相電流検出手段（１）
４９ ３相電流検出手段（２）
５０ ３相電流検出手段（３）
５１ ３相巻線（１）
５２ ３相巻線（２）
５３ ３相巻線（３）
５４ 周波数領域における高調波を含む波形
５５ 周波数領域における６ｆが固有振動数を励起した高調波を含む波形
５６ 固有振動数
５７ 回転計の出力波形
５８ 不安定な運転時の回転計の出力波形
５９ 運転周波数の６倍高調波
６０ トルク指令値
６１ トルク脈動を持つトルク時間波形
６２ トルク脈動が低減されたトルク時間波形
７０ アラーム出力手段
１００、２００、３００ 制御装置

Claims (9)

1. 電動機のトルクを検出する軸トルク検出手段と、
   前記軸トルク検出手段で検出されたトルクに基づき、電動機または電動機周辺機器の固有
   振動数を検出し、前記検出した固有振動数の（１／ｎ）倍（ｎは整数）の周波数領域をカ
   ットするノッチフィルタと、
   を備える電動機の制御装置。
2. 前記トルク検出手段にて検出されるトルクに基づき算出される固有振動数において、
   電動機または電動機周辺機器の固有振動数を所定のタイミングで自動的に検出する固有振
   動数自動検出手段と、
   前記固有振動数自動検出手段で検出した固有振動数に基づき、ノッチフィルタがカットす
   る周波数を更新するノッチフィルタ特性更新手段と、
   を備える請求項１記載の電動機の制御装置。
3. 前記トルク検出手段において、
   前記トルク検出手段より検出されたトルクから脈動を検出するトルク脈動検出手段と、
   前記トルク脈動検出手段より検出トルク脈動を励起し、増大されたトルク脈動を検出する
   トルク脈動の増大部特徴量抽出手段と、
   前記増大部特徴量抽出手段から得られる固有振動数が保持されている学習前データ記憶手
   段と、
   既に前記学習前データ記憶手段が保持している既存固有振動数と、次に前記増大部特徴量
   抽出手段で得られた新固有振動数を比較する比較手段と、
   前記比較手段において新固有振動数が既存固有振動数が異なる場合、新固有振動数を固有
   振動数として保持する固有振動数記憶手段を
   を備える請求項１記載の電動機の制御装置。
4. 前記比較手段の比較結果または、前記固有振動数自動検出手段で検出された固有振動数を
   前記比較手段で比較した結果、固有振動数が更新された場合にアラームを出力するアラー
   ム出力手段と、
   を有する請求項２乃至３記載の電動機の制御装置。
5. 前記トルク検出手段により検出された周波数が、前記ノッチフィルタがカットしている周
   波数領域以外の周波数となった場合に、アラームを出力するアラーム出力手段と、
   を有する電動機の制御装置。
6. 電動機の整数ｍ個のトルク脈動となる高調波を低減する電動機の制御装置であって、
   ｍ個のトルク脈動となるｎ次高調波に対し、
   ｍ個各々装置の固有振動数の（１／ｎ）倍（ｎは整数）の周波数領域をカットすることで
   、電動機、負荷装置、取付装置と制御装置の共振を回避するノッチフィルタと、
   ｍ個各々のｎ次高調波に対し、各々ｎｆ電圧振幅積分を行うことで、電動機の運転周波数
   のｎ倍のトルク脈動の振幅低減を実現する時間積分された振幅補償値と、
   ｍ個各々のｎ次高調波の位相ゲインを乗算する位相ゲイン乗算手段と、
   ｍ個各々についてｎｆ電圧位相時間積分を行うことで、電動機の運転周波数のｎ倍のトル
   ク脈動の位相の逆位相情報を位相補償値として演算するｎｆ電圧位相積分手段と、
   積分されたｍ個の位相補償値と、ｍ個のｎｆ位相補償値の和を演算する和算器と、
   各々ｍ個の位相補償値と振幅補償値を用いて正弦波電流補償値を演算し、合算する正弦演
   算手段を備える電動機の制御装置。
7. 電動機の整数ｍ個の振動、騒音源となる径方向高調波を低減する電動機の制御装置であっ
   て、
   ｍ個の振動、騒音となるｎ次高調波に対し、
   ｍ個各々装置の固有振動数の（１／ｎ）倍（ｎは整数）の周波数領域をカットすることで
   、電動機、負荷装置、取付装置と制御装置の共振を回避するノッチフィルタと、
   ｍ個各々のｎ次高調波に対し、各々ｎｆ電圧振幅積分を行うことで、電動機の運転周波数
   のｎ次径方向電磁高調波の振幅低減を実現する時間積分された振幅補償値と、
   時間積分された振幅補償値と、電流を用いて装置の固有振動数をｎ次径方向電磁高調波が
   励起した時の振幅の増大を防ぐ補正ゲインを演算するＩ／Ｉ０ゲイン計算手段と、
   ｍ個各々のｎ次径方向電磁高調波の位相ゲインを乗算する位相ゲイン乗算手段と、
   ｍ個各々についてｎｆ電圧位相時間積分を行うことで、電動機の運転周波数のｎ次径方向
   電磁高調波の位相の逆位相情報を位相補償値として演算するｎｆ電圧位相積分手段と、
   装置の固有振動数をｍ個のｎ次径方向電磁高調波が励起しても本発明装置が取得する位相
   情報を保持し位相の急変を防ぐ補正ゲインを演算するＩ０／Ｉゲイン乗算手段と、
   積分されたｍ個の位相補償値と、ｍ個のｎｆ位相補償値の和を演算する和算器と、
   各々ｍ個の位相補償値と振幅補償値を用いて正弦波電流補償値を演算し、合算する正弦演
   算手段を備える電動機の制御装置。
8. 前記ノッチフィルタは、無限インパルス応答フィルタまたは有限インパルス応答フィルタ
   である請求項１至７いずれか１項に記載の電動機の制御装置。
9. 前記ノッチフィルタは、電流、トルク、回転角情報などから自動的に固有振動数の振幅と
   位相に対応するフィルタ特性に収束する適応フィルタである請求項１乃至７のいずれか１
   項に記載の制御装置。

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