JP2021177679A - モータ制御装置 - Google Patents
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Abstract
Description
2相ステッピングモータを正弦波的な電流で駆動するとき、回転振動が生じる条件がある。具体的には、ロータ慣性および負荷慣性の和と、モータ発生トルクとによって、固有振動数が定まる。この固有振動数に対して、モータ駆動のための正弦波電流周波数が2分の1倍または4分の1倍となる回転速度のときに、回転振動が発生する。
このような回転振動および静止角度誤差の問題は、ハイブリッド型ステッピングモータ、とくに小型のハイブリッド型ステッピングモータおいてとくに顕著に現れる。また、ステータ小歯間および/またはロータ小歯間に磁石を挿入したスロットマグネット型のステッピングモータにおいても、同様に、回転振動および静止角度誤差の問題が顕著である。
特許文献2は、モータの逆起電力高調波によって振動が発生すると指摘し、励磁位相の補償によって逆起電力高調波を抑制する手法を開示している。
また、この発明の一実施形態は、2相同期型モータの静止角度誤差を低減できるモータ制御装置を提供する。
本願の発明者は、2相同期型モータの回転振動および静止角度誤差の起源が、モータ電流値によってトルクのロータ角度依存性の波形(θ−T波形)が励磁位相に対して揺らぎを起こすことで説明できることに気づき、本発明の完成に至ったものである。とくに、ステッピングモータに関する従来の学説では無視できるとされてきたリラクタンストルクの和がθ−T波形の揺らぎに影響することを発見した。そこで、この発明の一実施形態は、リラクタンストルクの揺らぎ(より正確には、励磁位相に依存する揺らぎ)を抑制するリラクタンストルク補正波形を基本正弦波に重畳した波形の制御電流波形を用いることにより、回転振動を抑制でき、併せて静止角度誤差を改善することができる。すなわち、このような制御電流波形は、リラクタンストルク波形(θ−T波形)の励磁位相に対する揺らぎが抑制または防止される波形となる。この制御電流波形を用いることで、リラクタンストルクが無視できないタイプのモータについて、オープンループでモータを駆動する場合に、振動の少ない滑らかな駆動を実現できる。
この発明の一実施形態では、前記リラクタンストルク補正波形が、前記基本正弦波の2倍の周波数を有し前記基本正弦波と位相を整合させた原波形を前記基本正弦波と同符号または異符号に全波整流した波形を有する。位相の整合は、厳密に位相が整合していることを意味するものではない。むろん、厳密に位相が整合していてもよいが、実際上は、微少な位相ずれを意図的に導入することによって、振動低減効果が向上する場合があり得る。したがって、ここでの位相の整合とは、リラクタンストルクの励磁位相に依存する揺らぎを抑制できる範囲内での位相ずれを許容する趣旨である。
この発明の一実施形態では、前記リラクタンストルク補正波形が、前記2相同期型モータの自己インダクタンスの角度微分の振幅が当該2相同期型モータの相互インダクタンスの角度微分の振幅よりも大きいときには、前記原波形を前記基本正弦波と同符号に全波整流した波形を有し、前記自己インダクタンスの角度微分の振幅が前記相互インダクタンスの角度微分の振幅よりも小さいときには、前記原波形を前記基本正弦波と異符号に全波整流した波形を有する。
この発明の一実施形態では、前記リラクタンストルク補正波形が、前記2相同期型モータに供給されるモータ電流に応じて変化する波形である。
この発明の一実施形態では、前記制御電流波形が、前記基本正弦波と、前記リラクタンストルク補正波形と、マグネットトルクの電流に対する非線形性を補償するためのマグネットトルク補正波形とを重ね合わせて得られる波形を有する。
この発明の一実施形態では、前記マグネットトルク補正波形が、前記基本正弦波に重畳されたときに当該基本正弦波のピーク部の振幅を増幅する波形を有している。
本件発明者は、モータ電流値によって、トルクのロータ角度依存性(θ−T特性)が励磁位相に対して揺らぎを起こす現象が生じ、それにより、回転振動および/または静止角度誤差の悪化が説明できることを見出した。とくに、発生トルクに対する電流値の非線形性が、ロータ角度とトルクとの関係を表すθ−T波形の揺らぎに影響し、かつ従来のステッピングモータに関する学説では無視できるとされてきたリラクタンストルクもθ−T波形の揺らぎに影響することを見出した。これらの発見に基づき、この出願は、以下に説明する実施形態を提供する。
[理想的な場合のマグネットトルクに関する考察]
モータインダクタンスの角度依存性が小さい同期型モータ、たとえば表面磁石型モータやハイブリッド型ステッピングモータ、一部の埋め込み磁石型モータでは、モータが発生するトルクは磁石によるものが支配的になる。磁石によるトルクは、「マグネットトルク」と呼ばれる。
ステッピングモータの場合は、マグネットトルクと電流との関係が線形でないことが知られている。そこで、電流の二次の項を導入し、その係数をpとおくと、次式(2)のように書くことができる。理想的なマグネットトルクの場合には、p=0であり、上式(1)のとおりになる。
ここで、理想的なマグネットトルクの場合、すなわちp=0の場合を考える。また、電流が角速度ωの理想的な正弦波波形で時間的に変動する場合を考えることとし、IA(t)=cos(ωt)、IB(t)=−sin(ωt)とおく(ただし、tは時間を表す)。すると、上記式(2)は次のとおりになる。
図1から、θ−T波形は、形を保ったままで並行移動しており、任意の一定負荷において、トルクの脈動が起こらないことが分かる。したがって、トルク脈動を起因とする回転方向の加振力は働かないので、モータの回転による振動は発生しない。
磁石がない場合でも、コイルによって生じる磁束によって鉄心間に電磁力が生じる。その電磁力による吸引によってトルクが発生する。これを「リラクタンストルク」という。リラクタンストルクは、モータインダクタンスのθ依存性を起源とする。リラクタンストルクTrは、磁気エネルギーの和をU、A相およびB相の自己インダクタンスをLA,LB、相互インダクタンスをMとしたときに、次のように書ける。
IAIB=A1cos(2ωt+δ1) (15)
IA 2−IB 2=A2cos(2ωt+δ2) (16)
これらをIAについて解くと、次式が得られる。
MΔ=LΔのときのA相電流IA(=√(2α/LΔ)・cosωt)およびB相電流IB(=−√(2α/LΔ)・sinωt)の波形を図5Aの曲線510および図5Bの曲線520にそれぞれ示す。これらは、正弦波の波形となる。図5Aの曲線510に示す正弦波電流波形とA相電流IAの波形(曲線512)との差分を「重畳波形」と呼び、図5Aに曲線511で示す。曲線510の正弦波電流波形に対して曲線511の重畳波形を重畳することで、曲線512に示す、A相電流IAの波形が得られる。同様に、図5Bの曲線520に示す正弦波電流波形とB相電流IBの波形(曲線522)との差分を「重畳波形」と呼び、図5Bに曲線521で示す。曲線520の正弦波電流波形に対して曲線521の重畳波形を重畳することで、曲線522に示す、B相電流IBの波形が得られる。重畳波形(曲線511,521)は、LΔ=MΔのときに相当する正弦波電流波形(曲線510,520)に対して、2倍周期の正弦波状波形を正弦波電流(曲線510,520)と同じ符号に整流した波形となる。
モータを励磁するとき、インダクタンスの角度微分の振幅LΔおよびMΔは、モータ電流に依存する。したがって、モータ電流に依存する振幅LΔおよびMΔの変動も含めて、モータに供給する各相の電流を計算することが好ましい。しかし、現実のアプリケーションでは、式(22),(23)の根号処理が煩雑でもあることから、振幅LΔおよびMΔをそれぞれ定数とおいた基本重畳波形をテーブル化しておき、モータ電流に応じてその基本重畳波形の振幅を調整することによって、基本正弦波(図5A,5Bの曲線510,520)に重畳すべき重畳波形(図5A,5Bの曲線511,521)を作成してもよい。その場合でも、ステッピングモータの低振動化は充分に達成できる。LΔ<MΔのときには、重畳波形の符号を反転させることによって、対応することができる(図5A,5Bの曲線511a,521a参照)。
LΔとMΔの大小関係が反転したときに、重畳波形が反転する理由を説明する。
[非線形性を考慮した場合のマグネットトルク]
マグネットトルクが電流に対して非線形性を有している場合の電流補正について考える。ステッピングモータにおいて、電流に対してトルクが非線形でない現象が生じることが知られている。図7に、2相ハイブリッド型ステッピングモータのトルク−電流特性の一例を示す。入力電流に対するトルクの特性は、非線形なトルクカーブを描く。このトルクカーブに対して二次多項式でフィッティングし、一次の係数をトルク定数kt、二次の係数をp・ktとおくと、電流に対する非線形性を含んだマグネットトルクは、式(1)にトルク定数を考慮して、次のように表せる。
式(24)のIAおよびIBに式(27),(28)のIAcompおよびIBcompをそれぞれ代入すると、次式が得られる。
TM=αkt(cos(ωt)sin(θ)−sin(ωt)cos(θ))=−αktsin(ωt−θ) (29)
αは入力電流の振幅となる。判別式D<0のとき、すなわち、次式の関係のときに解が虚部を持つ。
IA=Re(IAcomp)+Im(IAcomp) (31)
IB=Re(IBcomp)+Im(IBcomp) (32)
例として、図7の場合の電流補正を考える。トルク定数は、kt=0.2745(N・m/A)、トルクの2次の係数はp=0.095(N・m/A2)となる。D=0のときの励磁電流αは、次式のとおりであり、このときの電流波形は、図8の曲線802のようになる。現象論的には、1相励磁のときのトルクの減少を補うために電流ピーク部の電流値が増やされる状態になって、励磁電流波形は三角波に近づくと解釈できる。
D>0となる場合の例として、励磁電流α=1.8(A)のときの補正電流波形を図9の曲線902に示す。図9の曲線900は、補正前の正弦波電流波形(α・sinωt)を示す。曲線902と曲線900との差分に対応する重畳波形を曲線901で示す。曲線900の正弦波電流波形に対して曲線901の重畳波形を重ね合わせることにより、曲線902の補正電流波形が得られる。励磁電流が増えることで、ピーク部の電流値をさらに増やす必要があることがわかる。
一つの具体例として、2相ハイブリッド型ステッピングモータに前述の補正を適用する場合について説明する。ハイブリッド型ステッピングモータでは、前述のリラクタンストルクを補正する電流補正によって低い振動レベルを達成できる。そして、さらにマグネットトルクの非線形項の補正のための電流補正を組み合わせれば、一層低い振動レベルを達成できる。
ステータ2は、ステータ鉄心21および巻線22を含む。ステータ鉄心21の両端にモータフランジ4およびブラケット5がそれぞれ固定され、これらがモータケース8を構成している。
一対のロータセグメント41,42は、実質的に同様の構成を有している。そして、ロータ歯ピッチの半分であるハーフピッチだけずらして、回転軸30に固定されている。したがって、回転軸線10に沿って見たときに、一方のロータセグメント41のロータ歯33の間に他方のロータセグメント42のロータ歯33が位置している。
係数設定器73は、さらに、駆動電流振幅指令に基づいて、リラクタンストルク基本補正波形発生器71が生成するリラクタンストルク補正波形の振幅を定めるためのリラクタンストルク補正係数を形成する。駆動電流振幅指令に基づいてリラクタンストルク補正係数が形成されることにより、モータ電流に応じて、リラクタンストルクの揺らぎの影響を低減するための適切なリラクタンストルク補正波形を生成できる。リラクタンストルク補正係数は、具体的には、(LΔ/MΔ−1)×√(α/LΔ)に相当する。(LΔ/MΔ−1)(上記式(22a)(23a)における(β−1)に相当)が掛けられることにより、インダクタンスの角度微分の振幅LΔおよびMΔの大小関係に応じて、リラクタンストルク補正係数の符号が反転する。たとえば、リラクタンストルク基本補正波形発生器71が、図5Aおよび図5Bの曲線511,521の重畳波形に相当する基本補正波形を生成する場合には、LΔ≧MΔのときに正のリラクタンストルク補正係数が生成され、LΔ<MΔのときに負のリラクタンストルク補正係数が生成される。
図10〜図15に示した構成における回転振動の計測例を図15および図16に示す。計測対象のステッピングモータ1は、取付角寸法28mm、モータ長32mm、励磁最大静止トルク0.1N・m、ロータ慣性モーメント9.2×10−7kg・m2、ロータ歯数50枚の2相ハイブリッド型ステッピングモータである。図15の曲線150は、前述のリラクタンストルクおよびマグネットトルクに関する電流補正を行わなかった場合における回転速度と回転振動レベルとの関係を示す。図15の曲線151は、前述のリラクタンストルクおよびマグネットトルクに関する電流補正を行った場合の回転速度と回転振動レベルとの関係を示す。図16の曲線161,162はいずれも前述の電流補正を行った場合の回転速度と回転振動レベルとの関係を示し、曲線161は定格電流で運転した場合の測定結果を示し、曲線162は運転電流を定格電流の50%とした場合の測定結果を示す。
別の具体例として、スロットマグネット型ステッピングモータに前述の補正を適用する場合について説明する。スロットマグネット型ステッピングモータでは、前述のリラクタンストルクを補正する電流補正によって低い振動レベルを達成できる。マグネットトルクの非線形項の補正のための電流補正は、スロットマグネット型ステッピングモータでは、必ずしも必要ではなく、これを省略しても、低い振動レベルを達成できる。
ステッピングモータ1は、ステータ2と、ロータ3と、モータフランジ4と、ブラケット5と、一対の軸受6,7とを含む。
モータケース8の内部にロータ3が回転軸線10まわりに回転可能に配置されている。ロータ3は、回転軸線10に沿って配置された回転軸30と、回転軸30に支持されたロータ鉄心31とを含む。回転軸30は、一対の軸受6,7により回転自在に支持されている。一方の軸受6はモータフランジ4に装着されており、他方の軸受7はブラケット5に装着されている。
ロータ鉄心31の外周面には、所定の歯ピッチでロータ歯33が周方向11に等間隔に形成されている。各ロータ歯33は、回転軸線10に平行に延びている。ただし、ロータ歯33は、回転軸線10に対して傾斜していてもよい。
隣接するロータ歯33の間にロータスロット34が形成されている。ロータスロット34内には、ロータスロットマグネット35が挿入されている。ロータスロットマグネット35は、ロータスロット34に沿って棒状に延びた硬磁性挿入物(典型的には永久磁石片)である。ロータスロットマグネット35は、たとえば接着剤でロータスロット34内に固定されている。
ロータ歯33は、移動方向である周方向11を横切る交差方向に延びる突条である。ロータ歯33は、回転軸線10に直交する切断面内において略一定の幅で放射方向に沿って外方(回転軸線10から離反する方向)に向かって突出している。ロータ歯33は、回転軸線10から離れる方向に向いた頂面33aを有している。頂面33aは、回転軸線10のまわりの周方向11に沿っている。回転軸線10に直交する切断面内において、複数のロータ歯33は実質的に合同な断面形状を有しており、一定のロータ歯ピッチPrで等間隔に配置されている。隣接するロータ歯33の間に形成されるロータスロット34は、それらのロータ歯33によってそれぞれ規定される一対の互いにほぼ平行な側面34b,34cと、それらの側面34b,34cの間に形成された底面34aとによって規定され、略矩形の断面形状を有している。底面34aは、回転軸線10まわりの周方向11に沿っている。ロータスロット34の底面34aからロータ歯33の頂面33aまでの距離、すなわち、ロータ歯33の高さを「ロータ歯丈Hr」という。
ロータ歯33とステータ歯23とが対向するとき、それらの間には、それらの対向方向、すなわち放射方向(スロット34,24の深さ方向)に関して一定のギャップ(隙間)が形成される。このギャップを「鉄ギャップΔF」という。ロータスロット34とステータスロット24とが対向するとき、ロータスロットマグネット35とステータスロットマグネット25との間に、それらの対向方向、すなわち放射方向(スロット34,24の深さ方向)に関して一定のギャップが形成される。このギャップを「磁石ギャップΔM」という。
図21Aは、ギャップ比ΔM/ΔFが4倍のスロットマグネット型モータについて、無励磁状態でロータをゆっくり回転したときの自己インダクタンスLおよび相互インダクタンスMの解析結果を示す。図21Bは、同じモータについて、d軸電流を定格電流値とし、q軸電流をゼロとした状態で、ロータをゆっくり回転したときの自己インダクタンスLおよび相互インダクタンスMの解析結果を示す。図22Aは、図20A(無励磁状態)に対応するトルクの解析結果を示す。また、図22Bは、図20B(d軸定格電流励磁)に対応するトルクの解析結果を示す。無励磁時(図22A)のトルクは、ディテントトルクとなる。
図30には、ギャップ比ΔM/ΔFが8倍のスロットマグネット型ステッピングモータについてのモータ電流の実測値を示す。図30には、補正前の基本電流波形(正弦波。図5Aおよび図5Bの曲線510,520に対応)、これに重畳するリラクタンストルク補正電流波形(図5Aおよび図5Bの曲線511,521に対応)、および補正後の電流波形(図5Aおよび図5Bの曲線512,522に対応)を示す。補正後の電流波形は、基本電流波形にリラクタンストルク補正電流波形を重畳して得られる波形である。ただし、リラクタンストルク補正電流波形は、モータ電流に応じて振幅を調整して重畳されている。
また、前述の実施形態では、リラクタンストルクの揺らぎに関する電流補正と、マグネットトルクの非線形性に関する電流補正とを行う例について主として説明したが、マグネットトルクの非線形性に関する電流補正を省いても、振動低減効果を達成できる。また、リラクタンストルクの揺らぎに関する電流補正を省いて、マグネットトルクの非線形性に関する電流補正だけを行っても、一定の振動低減効果を達成することができる。
以下に、マグネットトルクの非線形性の補正に関して、この明細書および添付図面から抽出され得る特徴を付記する。
1.2相同期型モータを駆動するためのモータ制御装置であって、
基本正弦波と、前記2相同期型モータのマグネットトルクの電流に対する非線形性を補償するためのマグネットトルク補正波形とを重ね合わせて得られる制御電流波形を生成する制御電流波形生成手段と、
前記制御電流波形生成手段が生成する制御電流波形に従って前記2相同期型モータの巻線に電流を供給するための電流制御信号を発生する電流制御信号生成手段と、
を含む、モータ制御装置。
3.前記マグネットトルク補正波形が、前記基本正弦波に重畳されたときに当該基本正弦波のピーク部の振幅を増幅する波形を有している、項1または2に記載のモータ制御装置。
5.前記ステッピングモータが、ハイブリッド型またはスロットマグネット型である、項4に記載のモータ制御装置。
2 ステータ
3 ロータ
21 ステータ鉄心
22 巻線
23 ステータ歯
24 ステータスロット
25 ステータスロットマグネット
28 主極
29 巻線スロット
30 回転軸
31 ロータ鉄心
33 ロータ歯
34 ロータスロット
35 ロータスロットマグネット
40 永久磁石
41 ロータセグメント
42 ロータセグメント
50 直流電源
51 PWMインバータ
512 パルス幅変調パターン発生器
52 電流検出器
55 駆動回路部
60 制御装置
70 基本正弦波発生器
71 リラクタンストルク補正波形発生器
72 マグネットトルク補正波形発生器
73 係数設定器
76 第1加算器
77 第2加算器
78 電流フィードバック制御器
Hr ロータ歯丈
MTr ロータ磁石厚
Hs ステータ歯丈
MTs ステータ磁石厚
ΔF 鉄ギャップ
ΔM 磁石ギャップ
Claims (11)
- 2相同期型モータを駆動するためのモータ制御装置であって、
基本正弦波と、前記2相同期型モータのリラクタンストルクの揺らぎを抑制するリラクタンストルク補正波形とを重ね合わせて得られる制御電流波形を生成する制御電流波形生成手段と、
前記制御電流波形生成手段が生成する制御電流波形に従って前記2相同期型モータの巻線に電流を供給するための電流制御信号を発生する電流制御信号生成手段と、
を含む、モータ制御装置。 - 前記リラクタンストルク補正波形が、前記基本正弦波の2倍の周波数を有し前記基本正弦波と位相を整合させた原波形を前記基本正弦波と同符号または異符号に全波整流した波形を有する、請求項1に記載のモータ制御装置。
- 前記原波形が、正弦波状の波形である、請求項2に記載のモータ制御装置。
- 前記リラクタンストルク補正波形が、前記2相同期型モータの自己インダクタンスの角度微分の振幅が当該2相同期型モータの相互インダクタンスの角度微分の振幅よりも大きいときには、前記原波形を前記基本正弦波と同符号に全波整流した波形を有し、前記自己インダクタンスの角度微分の振幅が前記相互インダクタンスの角度微分の振幅よりも小さいときには、前記原波形を前記基本正弦波と異符号に全波整流した波形を有する、請求項2または3に記載のモータ制御装置。
- 前記リラクタンストルク補正波形が、前記2相同期型モータの自己インダクタンスの角度微分の振幅および相互インダクタンスの角度微分の振幅の比を用いて算出される波形である、請求項1〜4のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
- 前記リラクタンストルク補正波形が、前記2相同期型モータに供給されるモータ電流に応じて変化する波形である、請求項1〜5のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
- 前記2相同期型モータが、ステッピングモータである、請求項1〜6のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
- 前記ステッピングモータが、ハイブリッド型またはスロットマグネット型である、請求項7に記載のモータ制御装置。
- 前記制御電流波形が、前記基本正弦波と、前記リラクタンストルク補正波形と、マグネットトルクの電流に対する非線形性を補償するためのマグネットトルク補正波形とを重ね合わせて得られる波形を有する、請求項1〜8のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
- 前記マグネットトルク補正波形が、前記2相同期型モータに供給されるモータ電流に応じて変化する波形である、請求項9に記載のモータ制御装置。
- 前記マグネットトルク補正波形が、前記基本正弦波に重畳されたときに当該基本正弦波のピーク部の振幅を増幅する波形を有している、請求項9または10に記載のモータ制御装置。
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JP2008278643A (ja) * | 2007-04-27 | 2008-11-13 | Canon Inc | ステッピングモータ駆動装置 |
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JPH03169297A (ja) * | 1989-11-27 | 1991-07-22 | Oki Electric Ind Co Ltd | ステッピングモータ制御方法 |
JP2008278643A (ja) * | 2007-04-27 | 2008-11-13 | Canon Inc | ステッピングモータ駆動装置 |
CN109450303A (zh) * | 2018-10-31 | 2019-03-08 | 无锡雷利电子控制技术有限公司 | 一种单相无刷电机磁阻转矩波动的补偿方法 |
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