JP4221645B2

JP4221645B2 - Motor drive device

Info

Publication number: JP4221645B2
Application number: JP2002163694A
Authority: JP
Inventors: 貞明山崎
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2002-06-05
Filing date: 2002-06-05
Publication date: 2009-02-12
Anticipated expiration: 2022-06-05
Also published as: JP2004015879A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータを駆動するモータ駆動装置に関し、特にモータの磁束分布の歪みが原因で発生するトルクリップルを補償する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の永久磁石型の３相同期モータを駆動するモータ駆動装置は図３のようになっている。図３は従来のモータ駆動装置のブロック図である。
図において、１はモータ、２はエンコーダ、３は速度制御器、４は電流アンプ、５は微分器、６はｓｉｎテーブル、８は加算器、９は乗算器である。
モータ駆動装置の重要な機能の１つは、モータ１に歪みのない平衡３相交流電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを供給することである。そのために、モータ駆動装置には、ｓｉｎテーブル６が搭載されている。そして、電流の位相は、モータ１の磁極に合せて供給される。言い換えると、モータ１の誘起電圧と同相の電流を供給する。また、電流の振幅は、速度制御器３の出力であるトルク指令τｒに比例する。この時、モータのギャップの磁束分布が正弦波で歪みがなければ、モータの発生トルクは回転角度によらず一定になる。
しかし、実際のモータでは、磁束分布に歪みが存在する。この場合、モータが発生するトルクには、回転角度により周期的に変動するトルクリップルが生じる。このトルクリップルは、サーボモータを用いたシステムの性能を劣化させる。
そこで、前記トルクリップルを低減するための技術として特開平５−２６０７８５号公報が提案されている。図４は特開平５−２６０７８５号公報のトルクリップル補償方法を示すブロック図である。図４に示すものは、図３のｓｉｎテーブル６の代わりに、各相毎に６１のトルクリップル補正電流波形ｉｕ（θ）、ｉｖ（θ）、ｉｗ（θ）を記憶している。各相のトルクリップル補正電流波形６１は、モータ１の各相の誘起電圧波形ｋｕ（θ）、ｋｖ（θ）、ｋｗ（θ）を計測して、次式で求める。
【０００３】
【数２】

【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特開平５−２６０７８５号公報では、ｓｉｎテーブルの代わりに３相独立にトルクリップル補正電流波形を記憶するので、記憶容量が大きくなる。また、３相独立にモータ巻線に電流を供給するので、中性点接続用のケーブルが必要になる。さらに、トルクリップル補正電流波形をアンプ側で記憶するので、モータによって磁束分布が異なる場合は、補償の効果が十分に得られないという問題があった。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり。記憶容量が小さく、中性点接続用のケーブルが不要で、モータによって磁束分布が異なる場合に対しても補償の効果が十分に得られるモータ駆動装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明は、エンコーダを装着した永久磁石型モータに供給する平衡３相交流電流を生成するためのｓｉｎテーブルを搭載したモータ駆動装置において、前記エンコーダ内部に搭載され、前記モータの磁束分布の情報を記憶する記憶装置と、前記モータに供給する電流に高調波を重畳するために、電源投入時に前記記憶装置に記憶された前記モータの磁束分布の情報を受取り、この磁束分布の情報と前記エンコーダの出力である電気角を用いて、前記ｓｉｎテーブルに高調波を重畳させる高調波重畳部とを備え、前記モータの磁束分布を次の近似式で与えることを特徴とするものである。
【０００６】
【数３】

【０００７】
ここで、Φ₁：磁束分布，θ：電気角、ｎ：次数、Ａ_n：ｎ次高調波の振幅比、Ｂ_n：ｎ次高調波の位相。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施例を示すモータ駆動装置のブロック図、図２は本発明の効果を示す図であって、（ａ）は補償前、（ｂ）は補償後の状態を示す。なお、本発明が従来技術と同じ構成要素についてはその説明を省略し、異なる点のみ説明する。
図において、２１は記憶装置、７は高調波重畳部である。
【０００９】
本発明が従来技術と異なる構成のうち、記憶装置２１は、モータ１の磁束分布の情報を記憶する。磁束分布は、モータの誘起電圧を計測して得ることができる。そして、磁束分布の情報は、電源投入直後にモータ駆動装置に伝送される。そして、この磁束分布の情報とエンコーダ２の出力であるモータの電気角を用いて高調波重畳部７でｓｉｎテーブルに高調波を重畳する。その結果、モータに供給する電流には、高調波電流が重畳され、トルクリップルを補償することができる。
まず、記憶装置２１で記憶する磁束分布の情報について説明する。
一般に、モータのギャップの磁束分布は、モータの電気角の周期関数であり、次式で表わすことができる。
【００１０】
【数４】

【００１１】
ここで、Φ₁は磁束分布、θは電気角、ｎは次数、Ａ_nはｎ次高調波の振幅比、Ｂ_nはｎ次高調波の位相である。
記憶装置２１では、ｎ、Ａ_n、Ｂ_nを記憶する。ｎは高々１０程度で十分であり、記憶容量は小さくてよい。モータ毎に磁束分布が異なる場合は、これらの情報は、モータ毎に誘起電圧波形を計測して求める。
【００１２】
次に、高調波重畳部７について説明する。
高調波重畳部７は、記憶装置２１で記憶したｎ、Ａ_n、Ｂ_nを受取り、この情報とエンコーダ２の出力であるモータの電気角θを用いて、ｓｉｎテーブルに以下の高調波を重畳する。
【００１３】
【数５】

【００１４】
この変換では、３相の電流の合計はゼロとなり、モータの中性点接続用のケーブルは不要である。
以下、具体例を示す。
ここでは、モータの磁束分布に５次と７次の高調波が存在し、高調波と基本波の位相差が０の場合を考える。これは実際のモータの磁束分布としてよくあることである。この場合、記憶装置２１の内容は、表１のようになる。
【００１５】
【表１】

【００１６】
そして、モータの各巻線から見た磁束分布は、次式のようになる。
【００１７】
【数６】

補償がない場合は、モータの各巻線へはモータ駆動装置から次式で表される電流が供給される。
【００１８】
【数７】

【００１９】
さらに、発生トルクは、次式で計算できる。
【００２０】
【数８】

【００２１】
Ａ５＝−０．０７、Ａ７＝０．０３として、式６に式４、５を代入して求めた発生トルクを図２（ａ）に示す。このように、発生トルクは電気角の６倍の周波数で変動する。
本発明では、式３で示す高調波をｓｉｎテーブルに重畳するので、モータ駆動装置から供給される電流は、次式のようになる。
【００２２】
【数９】

【００２３】
式６に式４、７を代入し、発生トルクを計算し、その結果を図２（ｂ）に示す。同図から分かるように本発明によれはトルクリップルを補償できる。
ただし、この例のように５次と７次の高調波の場合は、次式に示すように、電流は５次高調波だけを重畳してもよい。
【００２４】
【数１０】

【００２５】
したがって、本発明に係るモータ駆動装置は、モータ１の磁束分布の情報をエンコーダ内部に設けた記憶装置２１に記憶させ、電源投入直後に磁束分布の情報をモータ駆動装置に伝送し、このモータ駆動装置に伝送された当該磁束分布の情報とエンコーダ２の出力であるモータの電気角を用いて、モータに供給する電流に高調波電流を重畳させる構成にしたので、記憶容量が小さく、中性点接続用のケーブが不要で、各モータ毎に磁束分布のバラツキが大きい場合も、十分に補償の効果が得られ、トルクリップルが低減できるという効果がある。
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、モータ駆動装置は、モータの磁束分布の情報をエンコーダ内部に設けた記憶装置に記憶させ、電源投入直後に磁束分布の情報をモータ駆動装置に伝送し、このモータ駆動装置に伝送された当該磁束分布の情報とエンコーダの出力であるモータの電気角を用いて、モータに供給する電流に高調波電流を重畳させる構成にしたため、記憶容量が小さく、中性点接続用のケーブが不要で、各モータ毎に磁束分布のバラツキが大きい場合も、十分に補償の効果が得られ、トルクリップルを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示すモータ駆動装置のブロック図である。
【図２】本発明の効果を示す図であって、（ａ）は補償前、（ｂ）は補償後の状態である。
【図３】従来のモータ駆動装置のブロック図である。
【図４】特開平５−２６０７８５号公報のトルクリップル補償方法を示すブロック図である。
【符号の説明】
１モータ
２エンコーダ
２１記憶装置
３速度制御器
４電流アンプ
５微分器
６ｓｉｎテーブル
６１トルクリップル補正電流波形
７高調波重畳部
８加算器
９乗算器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a motor drive device that drives a motor, and more particularly to a device that compensates for torque ripple caused by distortion in the magnetic flux distribution of the motor.
[0002]
[Prior art]
A motor driving apparatus for driving a conventional permanent magnet type three-phase synchronous motor is as shown in FIG. FIG. 3 is a block diagram of a conventional motor driving apparatus.
In the figure, 1 is a motor, 2 is an encoder, 3 is a speed controller, 4 is a current amplifier, 5 is a differentiator, 6 is a sin table, 8 is an adder, and 9 is a multiplier.
One of the important functions of the motor drive device is to supply the motor 1 with a balanced three-phase alternating current iu, iv, iw without distortion. Therefore, a sin table 6 is mounted on the motor drive device. The phase of the current is supplied in accordance with the magnetic pole of the motor 1. In other words, a current in phase with the induced voltage of the motor 1 is supplied. The amplitude of the current is proportional to the torque command τr that is the output of the speed controller 3. At this time, if the magnetic flux distribution in the motor gap is sinusoidal and not distorted, the generated torque of the motor becomes constant regardless of the rotation angle.
However, in an actual motor, there is distortion in the magnetic flux distribution. In this case, the torque generated by the motor has a torque ripple that periodically varies depending on the rotation angle. This torque ripple degrades the performance of the system using the servo motor.
Japanese Patent Laid-Open No. 5-260785 has been proposed as a technique for reducing the torque ripple. FIG. 4 is a block diagram showing a torque ripple compensation method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-260785. 4 stores 61 torque ripple correction current waveforms iu (θ), iv (θ), iw (θ) for each phase instead of the sin table 6 of FIG. The torque ripple correction current waveform 61 of each phase is obtained from the following equation by measuring the induced voltage waveforms ku (θ), kv (θ), kw (θ) of each phase of the motor 1.
[0003]
[Expression 2]

[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in Japanese Patent Laid-Open No. 5-260785, the torque ripple correction current waveform is stored independently for three phases instead of the sin table, so that the storage capacity is increased. Also, since current is supplied to the motor windings independently of the three phases, a neutral point connection cable is required. Further, since the torque ripple correction current waveform is stored on the amplifier side, there is a problem that the compensation effect cannot be sufficiently obtained when the magnetic flux distribution differs depending on the motor.
The present invention has been made to solve the above problems. It is an object of the present invention to provide a motor drive device that has a small storage capacity, does not require a neutral point connection cable, and can sufficiently obtain a compensation effect even when the magnetic flux distribution varies depending on the motor.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention provides a motor driving device equipped with a sin table for generating a balanced three-phase alternating current to be supplied to a permanent magnet type motor equipped with an encoder. A storage device that stores information on the magnetic flux distribution of the motor, and receives the information on the magnetic flux distribution of the motor stored in the storage device when the power is turned on in order to superimpose harmonics on the current supplied to the motor. A harmonic superimposing unit that superimposes harmonics on the sin table using distribution information and an electrical angle that is an output of the encoder is provided, and the magnetic flux distribution of the motor is given by the following approximate expression: Is.
[0006]
[Equation 3]

[0007]
Here, Φ ₁ : magnetic flux distribution, θ: electrical angle, n: order, A _n : amplitude ratio of n-order harmonic, B _n : phase of n-order harmonic.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram of a motor drive device showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing the effect of the present invention, (a) shows a state before compensation, and (b) shows a state after compensation. It should be noted that the description of the same constituent elements as those of the prior art is omitted, and only different points will be described.
In the figure, 21 is a storage device, and 7 is a harmonic superposition unit.
[0009]
Among the configurations in which the present invention is different from the prior art, the storage device 21 stores information on the magnetic flux distribution of the motor 1. The magnetic flux distribution can be obtained by measuring the induced voltage of the motor. The information on the magnetic flux distribution is transmitted to the motor drive device immediately after the power is turned on. The harmonic superimposing unit 7 superimposes harmonics on the sine table using the information on the magnetic flux distribution and the electrical angle of the motor that is the output of the encoder 2. As a result, harmonic current is superimposed on the current supplied to the motor, and torque ripple can be compensated.
First, the magnetic flux distribution information stored in the storage device 21 will be described.
In general, the magnetic flux distribution in the motor gap is a periodic function of the electrical angle of the motor and can be expressed by the following equation.
[0010]
[Expression 4]

[0011]
Here, Φ ₁ is the magnetic flux distribution, θ is the electrical angle, n is the order, _An is the amplitude ratio of the n-order harmonic, and B _n is the phase of the n-order harmonic.
The storage device 21 stores n, A _n , and B _n . n is about 10 at most, and the storage capacity may be small. When the magnetic flux distribution is different for each motor, these pieces of information are obtained by measuring the induced voltage waveform for each motor.
[0012]
Next, the harmonic superimposing unit 7 will be described.
The harmonic superimposing unit 7 receives n, A _n , and B _n stored in the storage device 21 and superimposes the following harmonics on the sin table using this information and the electrical angle θ of the motor that is the output of the encoder 2. To do.
[0013]
[Equation 5]

[0014]
In this conversion, the sum of the currents of the three phases is zero, and a cable for connecting the neutral point of the motor is unnecessary.
Specific examples are shown below.
Here, a case is considered where fifth and seventh harmonics exist in the magnetic flux distribution of the motor, and the phase difference between the harmonic and the fundamental wave is zero. This is often the case with the actual motor magnetic flux distribution. In this case, the contents of the storage device 21 are as shown in Table 1.
[0015]
[Table 1]

[0016]
And the magnetic flux distribution seen from each winding of the motor is as follows.
[0017]
[Formula 6]

When there is no compensation, a current expressed by the following equation is supplied from the motor driving device to each winding of the motor.
[0018]
[Expression 7]

[0019]
Furthermore, the generated torque can be calculated by the following equation.
[0020]
[Equation 8]

[0021]
FIG. 2A shows the generated torque obtained by substituting Equations 4 and 5 into Equation 6 with A5 = −0.07 and A7 = 0.03. Thus, the generated torque varies at a frequency that is six times the electrical angle.
In the present invention, since the harmonic wave represented by Equation 3 is superimposed on the sin table, the current supplied from the motor driving device is expressed by the following equation.
[0022]
[Equation 9]

[0023]
Expressions 4 and 7 are substituted into Expression 6 to calculate the generated torque, and the result is shown in FIG. As can be seen from the figure, according to the present invention, torque ripple can be compensated.
However, in the case of the fifth and seventh harmonics as in this example, only the fifth harmonic may be superimposed on the current as shown in the following equation.
[0024]
[Expression 10]

[0025]
Therefore, the motor drive device according to the present invention stores the information on the magnetic flux distribution of the motor 1 in the storage device 21 provided inside the encoder, and transmits the information on the magnetic flux distribution to the motor drive device immediately after the power is turned on. Since the harmonic current is superimposed on the current supplied to the motor using the magnetic flux distribution information transmitted to the device and the motor electrical angle that is the output of the encoder 2, the storage capacity is small and the neutral point Even when no connection cable is required and there is a large variation in the distribution of magnetic flux for each motor, a sufficient compensation effect can be obtained and torque ripple can be reduced.
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the motor drive device stores the information on the magnetic flux distribution of the motor in the storage device provided inside the encoder, and transmits the information on the magnetic flux distribution to the motor drive device immediately after the power is turned on. Since the harmonic current is superimposed on the current supplied to the motor using the information on the magnetic flux distribution transmitted to the motor driving device and the motor electrical angle that is the output of the encoder, the storage capacity is small, Even if the cabling for connecting the sex point is unnecessary and the variation in the magnetic flux distribution is large for each motor, the effect of compensation can be sufficiently obtained and the torque ripple can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a motor driving apparatus showing an embodiment of the present invention.
FIGS. 2A and 2B are diagrams illustrating effects of the present invention, in which FIG. 2A shows a state before compensation, and FIG. 2B shows a state after compensation;
FIG. 3 is a block diagram of a conventional motor driving device.
FIG. 4 is a block diagram showing a torque ripple compensation method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-260785.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Motor 2 Encoder 21 Memory | storage device 3 Speed controller 4 Current amplifier 5 Differentiator 6 Sin table 61 Torque ripple correction current waveform 7 Harmonic superimposition part 8 Adder 9 Multiplier

Claims

In a motor driving apparatus equipped with a sin table for generating a balanced three-phase alternating current to be supplied to a permanent magnet type motor equipped with an encoder,
A storage device mounted inside the encoder and storing information on the magnetic flux distribution of the motor;
In order to superimpose harmonics on the current supplied to the motor, information on the magnetic flux distribution of the motor stored in the storage device at the time of power-on is received, and the electrical angle which is the information on the magnetic flux distribution and the output of the encoder is obtained. And a harmonic superimposing unit that superimposes harmonics on the sin table, and the magnetic flux distribution of the motor is given by the following approximate expression.

Here, Φ ₁ : magnetic flux distribution, θ: electrical angle, n: order, A _n : amplitude ratio of n-order harmonic, B _n : phase of n-order harmonic.