JP2662669B2 - 回転駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、フィルムや線材などの巻取りといったト
ルク精度を要求される用途に使用される回転駆動装置に
関するものである。 ［従来の技術］ 第５図は従来の回転駆動装置を示すブロック図であ
り、図において、（１）は三相電源、（２）は三相全波
整流器、（３）は平滑用電解コンデンサー、（４）はイ
ンバータ部であり、平滑された直流を、電動機、例えば
同期電動機（７）を駆動するために交流に変換するた
め、トランジスターにて構成されている。（５），
（６）は同期電動機（７）に流入する電流を検出する電
流検出器である。 （８）は同期電動機の磁極位置検出器、（９）は速度
検出手段、例えば速度検出器である。この速度検出器
（９）は同期電動機（７）に直結されている。（10）は
速度制限用増巾器で、速度指令Ncと速度検出器（９）か
らの信号と比較増巾し同期電動機の速度がNcを越えると
ダイオード（11）を通して制限信号が出力される。 トルク指令値Trは、前記速度制限値と引算されて電流
分配回路（18）に電流指令Irとして供給される。この電
流分配回路は、磁極位置回路（14）と乗算器（12），
（13）より構成され、磁極位置検出器（８）の信号にも
とづき、電流指令Irを交流電流指令に変換して出力す
る。この交流電流指令は、各々の相の電流検出器
（５），（６）の帰還信号と比較され、電流増巾器（1
5），（16）により増巾されて、パルス幅変調（PWM）制
御回路（17）により前記のトランジスタにより構成され
たインバータ部（４）を駆動する。そして、このインバ
ータ部（４）の出力により、同期電動機（７）が駆動さ
れる。 なお、第５図に示す回転駆動装置においては、インバ
ータ部（４）及びパルス幅変調（PWM）制御回路（17）
から、電流指令Irに基づく電流を電動機に流す電流駆動
手段が構成されている。 ［発明が解決しようとする問題点］ 従来の回転駆動装置は、以上のように構成されていた
ので、トルク指令に対し、電動機の電流が制御されるの
みで、電動機の機械的、電気的、磁気的損失により、発
生トルクが指令と一致せず、高い精度が得られないとい
う問題点があった。 この発明は上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、電動機の銅損と鉄損を補償すると共に、電
動機の電流制御系の制御特性に起因する電動機へ流入す
る電流の周波数増大にともなう位相遅れによる無効電流
の補正をすることにより、電動機の発生トルク精度を向
上させた回転駆動装置を得ることを目的とする。 ［問題点を解決するための手段］ この発明に係る回転駆動装置は、電動機と、上記電動
機の速度ｎを検出する速度検出手段と、上記電動機の負
荷に与えるトルクを示すトルク指令Trと上記速度ｎとが
入力され、下記の演算処理により電流指令Irを求める無
効電流補償手段と、上記電流指令Irに基づく電流を上記
電動機に流す電流駆動手段とを備えたものである。 Ir＝ｆ（ｎ）×Tr＋ｇ（ｎ） 但し、ｆ（ｎ）は速度ｎとともに変化する位相遅れに
よる誤差分を補償する速度ｎを変数とする函数であり、
ｇ（ｎ）は速度ｎとともに変化する無負荷電流による誤
差分を補償する速度ｎを変数とする函数である。 ［作用］ この発明における回転駆動装置は、トルク指令Tr及び
速度検出手段の出力に基づき、電動機の速度ｎに起因す
る損失及び無効分を補償する演算をして電流指令Irを発
生させているから、トルク指令Trに対する電動機の発生
トルクの精度が向上する。 ［発明の実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第
１図において、第５図と同一符号の部分は同一部分を示
し、（21）は無効電流補償手段、例えば無効電流補償回
路である。この無効電流補償回路（21）は、トルク指令
Trおよび速度検出器（９）の出力に基づき同期電動機
（７）の速度に起因する損失および無効分を補償する演
算をして電流指令Irを得る回路である。（22）は同期電
動機（７）に流入する三相交流電流をトルク電流に変換
する変換回路、（23）はトルク制御増巾器、（24）はコ
ギングトルクを補正する信号を発生するコギングトルク
補正回路である。 次に動作について説明する。 同期電動機（７）の鉄損・銅損通の損失は、ほぼ速度
に比例して増加する。また、電流制御系は、ロータの磁
極位置を検出器（８）にて検出し、ステータに流す電流
がロータ磁束と直交するように、電流分配回路（18）に
より出力される交流電流指令にもとづき電流ループで制
御されるが、電動機速度が上昇すると電流の周波数が上
昇するため、制御系の周波数応答より電動機電流の位相
が若干遅れ磁束と電流が完全に直交しなくなり無効電流
の増加となる。 以上の結果をまとめると、 （イ）第２図に示すごとく、同期電動機（７）の無負荷
電流は速度にほゞ比例し、定格速度（2000RPM）にて定
格電流の15％あまりになる。 （ロ）電動機（７）の電流の位相遅れは速度に比例して
大きくなり、第３図に示すごとく横軸に回転数（速度）
をLOG目盛りで目盛ると一次遅れ系に近似した特性を有
する。 そこで、上記（イ）および（ロ）に記した特性を補償
するため、第１図において、トルク指令Trは、無効電流
補償回路（21）にて速度に起因する上記特性を補償して
電流指令Irを発生させる。 すなわち、第２図及び第３図に示す特性を数式化して
（１）式のようにおきかえる。 Ir＝ｆ（ｎ）×Tr＋ｇ（ｎ） ………（１） ここで、ｆ（ｎ）は、位相遅れによる函数、 ｇ（ｎ）は、速度により変わる無負荷電流の函数、 ｎは、速度である。 そして、無効電流補償回路（21）では、トルク指令Tr
及び速度検出器（９）の出力に基づき、（１）式の演算
を行ない電流指令Irを出力する。 この電流指令Irを電流分配回路（18）に供給すること
により、発生トルク精度を向上したトルク制御が行われ
るが、さらに精度を上げるため、電流検出器（５），
（６）により２相の電流i_u,i_wを検出し変換器（22）に
より、周知のごとく（２）式で表わされるトルク電流i_q
を求める。 次に、前記電流指令I_rとトルク電流i_qを比較し、十分
大きなゲイン（利得）を有するトルク増巾器（23）にて
増巾した出力からコギングトルク補正回路（24）の信号
を引算して電流分配回路（18）に供給される。 このコギングトルク補正回路（24）は、同期電動機
（７）のスロットにより磁気回路がいびつになって発生
するコギングトルクを補正するもので第４図のごとくス
ロットの位置に応じて、定格トルクに対して１〜３％程
度のトルク脈動が規則的に生ずるため、磁極位置信号回
路（14）の信号にもとづき第４図に示すものと同等の信
号を発生させコギングトルクを打消すものである。 上記のようにして電流指令Irが電流分配回路（18）に
入力された以降の動作は、前述の従来の回転駆動装置と
同一である。 なお、上記実施例では、変換器（22）にてベクトル演
算をしたが、変換器（22）の回路を簡略化するために単
純な整流回路に置き換えて十分な平滑をしてもi_qに近い
値を得ることができる。 また、変換回路（22）を省略しても実用上さしつかえ
ない程度の効果を得ることができる。 また、コギングトルク補正回路（24）を省略しても実
用上さしつかえない程度の効果を得ることができる。 また、近年この様な回転駆動装置にはマイクロプロセ
ッサ（CPU）が用いられるため、コストアップなしで簡
単に実現できる。 ［発明の効果］ この発明は以上説明したとおり、トルク指令及び速度
検出手段の出力に基づき、電動機の速度に起因する損失
及び無効分を補償する演算をして電流指令を発生させて
いるから、トルク指令に対する電動機の発生トルクの精
度が向上するという効果がある。

【図面の簡単な説明】 第１図はこの発明の一実施例による回転駆動装置を示す
ブロック図、第２図は同期電動機の無負荷電流の特性を
示すグラフ、第３図は同期電動機の電流の位相遅れの特
性を示すグラフ、第４図は同期電動機のコギングトルク
の特性を示すグラフ、第５図は従来の回転駆動装置を示
すブロック図である。 図において、（７）は同期電動機、（８）は磁極位置検
出器、（９）は速度検出器、（18）は電流分配回路、
（21）は無効電流補償回路、（22）は変換器、（24）は
コギングトルク補正回路、Trはトルク指令、Irは電流指
令、Ncは速度指令である。 なお、図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．電動機と、 上記電動機の速度ｎを検出する速度検出手段と、 上記電動機の負荷に与えるトルクを示すトルク指令Trと
   上記速度ｎとが入力され、下記の演算処理により電流指
   令Irを求める無効電流補償手段と、 上記電流指令Irに基づく電流を上記電動機に流す電流駆
   動手段と を備えたことを特徴とする回転駆動装置。 Ir＝ｆ（ｎ）×Tr＋ｇ（ｎ） 但し、ｆ（ｎ）は速度ｎとともに変化する位相遅れによ
   る誤差分を補償する速度ｎを変数とする函数であり、ｇ
   （ｎ）は速度ｎとともに変化する無負荷電流による誤差
   分を補償する速度ｎを変数とする函数である。