JP6004436B2 - 球面モータの制御方法 - Google Patents
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球面ステッピングモータに関する技術としては、以下のものがある。
1)ステータ上の1個の電磁石に電流を流さない時のコギングトルクベクトルを、ロータ姿勢をパラメータとして測定したコギングトルクマップをあらかじめ作成しておく。
2)ステータ上の1個の電磁石に電流を流した時のトルクベクトルからコギングトルクベクトルを引いたトルクベクトルのトルクマップをあらかじめ作成しておく。
3)ロータの現在姿勢から目標姿勢にまで移動させるために必要なトルクベクトルTを計算する。
4)トルクマップを参照して現在ロータ姿勢で生じるコギングトルクTcを計算する。
5)コギングトルク分を除去したT−Tcを生成するために各コイルに必要なトルクEjを計算する。
6)トルクマップを参照してEjを発生するために電磁石に流す電流を計算する。
ができる。
次に、図5を参照して、トルク制御を行って、ステータ座標系で任意に設定したトルクTSを発生させる方法について説明する。
AS jと測定されたステータ座標系におけるロータの現在姿勢情報とから、以下の式によりロータ座標系におけるコイルの現在位置AR jを求める。
におけるトルクベクトルCR jをステータ座標系上におけるトルクベクトルCS jに座標変換し、ロータ座標系における位置AR jにあるコイルに単位電流を供給したときにロータに作用するトルクベクトルのステータ座標系における方向を求める。
次に、ロータの姿勢制御を行い、ステータ座標系で任意に設定した目標姿勢にロータを位置決めする方法について説明する。
また、コイルに鉄芯を入れて電磁石とした場合は次のような問題が生じる。
コイルにより発生するトルクは加える電流値に比例せず、非線形となる。
電流値を0にしてもロータ磁石により鉄芯が磁化されるため、磁石−鉄芯間に引力が発生する。すなわち、コギングトルクが存在する。
ロータ磁石による磁化とコイル電流による磁化が合成されるため、発生するトルクの方向が電流値により変化する。
以上より、コギングとの差分ベクトルの方向が常に一定で、空芯の場合のトルク方向と一致するため、位置ARに電磁石をおいた場合の差分トルク方向(=空芯時のトルク方向)を表す単位ベクトルt(αjβjγj)とし、コギングTc(AR)との差分トルクの大きさを表すスカラー量
線形独立なコイルが3個ある場合は、式(18)および(19)は3変数の3元連立方程式でありガウス法などで容易に解くことができる。
Wj=Ej(Imax)-Ej(Imin)
すなわち、トルク係数において変動可能なトルク幅として設定した。つまり、ロータに大きな影響を与えることの出来る電磁石の重みを増すことになる。
Claims (4)
- 永久磁石又はコイルを異なる位置に配置したロータと該ロータと所定の空隙を介してコイルを異なる位置に配置したステータとを有し、球面モータのコイルに鉄芯を入れて電磁石として制御をする球面モータの制御方法であって、
前記ステータの1個の電磁石に電流を流さない時のコギングトルクベクトルを、ロータ姿勢をパラメータとして測定したコギングトルクマップをあらかじめ作成しておくステップと、
前記ステータの1個の電磁石に電流を流した時のトルクベクトルからコギングトルクベクトルを引いた差分トルクベクトルのトルクマップをあらかじめ作成しておくステップと、
前記ロータの現在姿勢から目標姿勢にまで移動させるために必要なトルクベクトルTを計算するステップと、
前記トルクマップを参照して現在ロータ姿勢で生じるコギングトルクTcを計算するステップと、
コギングトルク分を除去したT−Tcを生成するために各コイルに必要なトルクEjを計算するステップと、
トルクマップを参照してEjを発生するために電磁石に流す電流を計算するステップと
を含むことを特徴とする球面モータの制御方法。 - 前記コギングトルクTcを計算するステップは、
コギングとの差分ベクトルの方向が常に一定で、空芯の場合のトルク方向と一致するため、位置ARに電磁石をおいた場合の差分トルク方向(=空芯時のトルク方向)を表す単位ベクトルt(αjβjγj)とし、コギングTc(AR)との差分トルクの大きさを表すスカラー量
をトルク係数として定義し、コイル位置AR=(Ax, Ay, Az)、この位置でのトルク方向ベクトル(αjβjγj)及びI=-Imax〜Imaxの範囲におけるトルク係数E(AR,-Imax)〜E(AR,Imax)、コギングトルクTc=(Tcx,Tcy,Tcz)をセットとして、あらかじめテーブルを作成しておくステップであることを特徴とする請求項1に記載の球面モータの制御方法。 - 前記トルクマップを参照してEjを発生するために電磁石に流す電流を計算するステップは、
最大電流を流した時のトルクの方向を正にとると非線形関数E(I)は常に単調増加となることから前記Ejから逆関数により電流値を決定するステップである
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の球面モータの制御方法。 - コイルの数が4個以上の場合に、
最小2乗最小ノルム法をもちいて、出力トルクの誤差が最小でかつ電流値ベクトルのノルムが最小の解を求めることを特徴とする請求項1から3までのいずれか1項に記載の球面モータの制御方法。
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