JPH02241388A - 同期型ａｃモータの制御方式及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の目的： （産業上の利用分野） この発明は、ロータが永久磁石極で成る同期型ＡＣモー
タを初期化して、正弦波駆動方式で制御するための方式
及びその装置に関する。

（従来の技術） ロータが永久磁石極で成る同期型ＡＣモータは第１図に
示すような構造となっており、一般にスデージ１はＵ、
Ｖ、Ｗの３相電機子巻線を有し、駆動回路３から指令電
流Ｉｕ（θ）、１ｖ（θ）。

Ｌ（θ）を供給されるようになっている。ロータ２は永
久磁石で成る磁極（例えば２極、’ｌ）構造となってお
り、ロータ２にはロータ位置の絶対位置を検出するロー
タ位置検出器（コンミデージョンセンサで通常はボール
センサと称す）が取付けられており、ボールセンサによ
って常にロータ２の絶対位置を検出して初期化し、その
検出信号によって定められたステータ巻線Ｕ、Ｖ、Ｗに
順次電流を流し、その電流値を制御することて回転制御
するようになっている。ここで、ロータ２に発生する各
相トルクは、各相巻線電流とそれに直交するロータ磁束
との積に比例するので、次の式（１）で表わされる。

・・・・・・（１） ここで、Ｋは定数てあり、Φｕ（θ）、ΦＶ（θ）Φ１
（θ）は各相巻線と直交するロータ６ｎ束であり、一般
にロータ磁束の分布はロータ角度θの関数となる。した
がって、ロータ２に発生する全１−ルクＴ（θ）は Ｔ（θ）＝１’ｕ（θ）＋Ｔｖ（θ）”ｉ’ｗ（θ）・
・・・・・（２） となる。同期型ＡＣモータは上記（＋）及び（２）式に
おいて、ロータ磁石からの界ｌｉｎ　磁束の分布形状と
各相電流の関数波形の与え方とによって各種駆動方式が
形成される。このうち特に正弦波駆動方式は、正確な位
置制御を要する場合や回転を滑らかにする場合等に用い
られる。

上述のように同期型ＡＣモータの制御には、ロータの磁
極の位置の検出が必要であり、通常はモータ出力軸に取
付けられた第２図で示すようなボールセンサｌＯの信号
で、モータ話起電圧の位相を基準とする信号を形成して
いる。すなわち、ボールセンサｌＯは円板状となってお
り、外側の円板部１１にはパルス発生用及び回転方向を
検出するためのＡチャンネル及びＢチャンネルが設けら
れると共に、１回転についての絶対位置（墨点）を検出
するためのＺチャンネルが設けられている。また、円板
部１１と同心で調整のために回動し得る内側の円板部１
２には、同期型ＡＣモータのロータ２のＵ。

■、Ｗ相を検出するためのＵ、Ｖ、Ｗチャンネルが設け
られている。そして、Ｕ、Ｖ、Ｗチャンネルのスタート
位置を検出して力率１に初期化し、以後はＡ、Ｂチャン
ネルからのインクリメンタルパルスを計数して正弦波１
台形波等の繰返信号を発生してＵ、Ｖ、Ｗの３相電機子
巻線をｌ１ｉＩ］磁するようにしている。このため、円
板部１２のＵ、Ｖ。

Ｗチャンネルをロータ２の実際の位置と位相を合せるた
めに回動調整してから固定しなければならず、また３相
分の検出機構が要すると共に配線も煩雑になるといった
欠点があった。更に、ボールセンサｌＯ自体が円板部１
１及び１２で成り、回転調整機構を要し、機構が複雑で
製造コストが高いといった欠点があった。

このような欠点を解消する駆動方式として、例えば特開
昭６３−５９７８３号公報に示されるものがある。

（発明が解決しようとする課題） 特開昭６３−５９７８３号公報に記載されている駆動方
式は、正規駆動に先立って同期型モータを２相直流励磁
することによって安定点に停止させ、その時のインクリ
メンタルエンコーダの計数値と直流励磁開始時点の計数
値とから１相励磁原点に相当するエンコーダカウントを
言１算し、このエンコーダカウンタ以後からの偏差で同
期型モータの電気角位相を求めて駆動するようにしてい
る。しかしながら、かかる駆動方式では同期型モータを
初期化するに際して、機械的な安定点に一旦停止させて
から駆動するようにしているので、駆動の零点がずれて
しまうので、機械的に１点を調整してから正規駆動しな
ければならない欠点がある。また、安定点に停止させる
場合に２相直流励磁を行なうようにしているため、駆動
トルクが小さく、そのために摩擦等の影響によって正確
に安定するとは限らず、正確度の点で問題がある。

この発明は上述のような事情よりなされたものであり、
この発明の目的は、機械的な７点をずらせることなく正
確に初期化して駆動できる同期型ＡＣモータの制御方式
及びその装置を提供することにある。

発明の構成： （課題を解決するための手段） この発明は同期型入Ｃモータ（特に同期型ＡＣサーボモ
ータ）の制御方式に関するもので、この発明の上記目的
は、ロータが永久磁石極で成る同期型入Ｃモータに対し
て、ステータの回転磁界と前記永久磁石極との間の位相
角を変化させながら前記同期型ＡＣモータの出力軸のト
ルクを検出し、前記トルクが零となるときの力率を求め
、この力率個所から電気角を９０°だけ位相シフトした
個所を力率ｌの転流角指令として初期化することによっ
て達成される。また、この発明の制御装置は、ロータが
永久磁石極で成り、出力軸にエンコーダを結合された同
期型入Ｃモータを初期化して制御する制御装置において
、第１の関数発生器に接続されて前記同期型入Ｃモータ
に対する電流指令及び転流角指令を出力するＣＰＵと、
前記エンコーダの出力パルスを計数するカウンタと、前
記転流角指令及び前記カウンタの計数値を加算した信号
に応じた関数を発生する第２の関数発生器と、前記電流
指令及び前記関数の乗算及び合成によって前記同Ｉｌｌ
型ＡＣモータを駆動する駆動手段とを具備し、前記ＣＰ
Ｕが前記計数値を入力することによってトルク出力０を
検出し、その状態より電気角で９０°シフトした位相角
を前記転流角指令とすることによって達成される。

（作用） 同期型入Ｃモータの出力トルクは前記（２）式で表わさ
れるのでＴ（θ）＝０となるθ位置があり、正弦波駆動
方式の場合は第３図のトルク出力図から明らかなように
、トルク　Ｔ（θ）＝０となる回転磁界のθ位置から９
０°シフトした位置が最大トルク出力となる。つまり、
同期型入Ｃモータの出力トルクが０となる回転磁界の位
置より電気角で９０°シフトした回転磁界位置が最大ト
ルク±Ｔ１となり、この位置を転流角指令とすることに
よって力率ｌの最大効率で同期型入Ｃモータを駆動する
ことができる。

正弦波駆動方式の場合、出力トルク０付近の変化分は９
０”付近（頂部）の変化分より大きくなっているので、
出力トルクＴ（θ）＝０の位置の検出は比較的容易であ
り、そこから９０°シフトすることによって最大トルク
位置を求めることができるので、最大トルク±Ｔ、とな
る力率１の転流角指令を得る正確度が極めて高いのであ
る。

（実施例） 第４図はこの発明の制御装置の一例を示しており、ロー
タが永久磁石極で成る同期型ＡＣサーボモータ３０の出
力軸にはインクリメンタルパルスＩＰを出力するパルス
発生器３１が接続されており、インクリメンタルパルス
ＩＰはカウンタ２２で可逆計数される。なお、パルス発
生器３１は第２図におけるＡ、Ｂ、Ｚチャンネルのみで
成っており、Ｕ。

■、Ｗチャンネルは具備していないものである。

ＣＰＵ２Ｑにはｃｏｓ−’の関数を発生する関数発生器
２１が接続されており、カウンタ２２の計数値θを入力
して電流指令■１、及び転流角指令αを出力する。

転流角指令αは加′Ｓ器２３に入力されて計数値θと加
算され、その加算結果（α十〇）がｓｉｎの関数を発生
ずる関数発生器２４に入力され、発生された関数ｓｉｎ
　（α十〇）は乗算器２５に入力されて電７ん指令Ｉ。

と乗算され、発生された関数５ｉｎ（θ＋α−２／３・
π）は乗算器２６に入力されてＴＬ電流指令。と乗算さ
れる。乗算器２５で得られたＵ相電流ＩＵはＤ／Ａ変換
器３２でアナログ量に変換されて電流増幅合成回路２７
に入力され、乗算器２６で得られた■相電流工、はＤ／
Ａ変換器３３でアナログ量に変換されて電流増幅合成回
路２７に入力される。電流増幅合成回路２７は入力され
たＵ相及び■相電流Ｉｕ及び■、からＷ相電流ＩＮを合
成すると共に、パワー増幅してＡＣサーボモータ３０の
電機子巻線に供給する。なお、Ｕ相及び■相の電流は変
流器２８及び２９によって電流増幅合成回路２７にフィ
ードバッりされて駆動が安定化されている。

このような構成において、通常の駆動動作は次のように
行なわれる。ずなわち、（：ｆ’Ｕ２０は所定の転流角
指令αを加算器２３に与え、ロータ回転位置を示ずカウ
ンタ２２の計数値θとの加算結果（α十〇）によって関
数発生器２４はｓｉｎ（θ＋α）及びｓｉｎ　（θ＋α
−２／３・π）を発生して乗算器２５及び２６に入力す
る。一方、ＣＰｔ１２０は関数発生器２１からのＣＱＳ
−１の位置に応答した電流指令Ｉ　１１を生成して乗算
器２５及び２６に入力し、乗算器２５及び２６はＵ相電
流Ｉｕ及び■相電流■、を出力する。したがって、Ｕ相
電流ＩＵ及びＶ相電流■９は計数値θを含んでいるので
、ロータ回転角θに対応した正弦波を２７３・πだけず
れた位相関係で出力することになる。また、電流増幅回
路２７ゆＷ相電流■。をＵ相電流Ｉｔ、かう２／３・π
だけずれた位相関係で出力するので、ＡＣサーボモータ
３０は３相電流１ｕ、ｌｖ、１ｗに同期して回転駆動さ
れる。回転量はパルス発生器３１からのインクリメンタ
ルパルスＩＰをカウンタ２２で計数することによって得
られるので、初期状態のステータの回転磁界とロータの
永久磁石極との力率を“１″°にするような転流角指令
にしておＧプば、常に最大トルクで同期型肛サーボモー
タ３０を駆動することができる。

次に、同期型ＡＣサーボモータ３０の初期化の方法を第
５図のフローチャートを参照して説明する。

先ず、ＡＣサーボモータ３０の回転磁界を最大とするた
めに励磁電流を最大としくステップｓｉ）　、初期化に
必要な微少時間のタイマを設定しくステップＳ２）　、
　ＡＣサーボモータ３０の出力軸が動いたか否かをカウ
ンタ２２の計数値θによって判定する（ステップＳ３）
。出力軸が動いている場合は、次に前回と同方向か否か
を判定しくステップＳ４）、同方向の場合には一定角度
をＸとして、転流角指令α＝（９０°−Ｘ）だけ前回と
同方向に位相をシフトする（ステップＳ７）　　　また
、上記ステップＳ４で逆方向と判定された場合には、転
流角指令α＝（９０°−Ｘ）だけ前回と逆方向に位相を
シフトシ（ステップＳ５）　、Ｎを任意の所定角度とし
て、（ｘ＋Ｎ）を新しい角度Ｘとする（ステップＳ６）
。ステップＳ６及びＳ７の後はいずれも上記ステップＳ
２にリターンして上記動作を繰返す。この様子を第３図
に示しているが、スタート点がＳＰの場合、経路りを順
次縁て逐に出力軸が勅かなくなる０点に達する。

上述のようにしてトルクＯとなる角度αが得られると、
ＡＣサーボモータ３０の出力軸は動かなくなるので上記
ステップＳ３の後にステップＳ８に進み、出力トルクＯ
となった時の転流角αより９０°　シフトした角度を最
初の初期化転流角指令αとする（ステップＳ８）。これ
により同期型ＡＣサーボモータの初期化が終了となる。

−旦初期化されると、後は前述したようなインクリメン
タルパルスＩＰの計数値θに７従って各相の正弦波関数
を発生して同期回転する。

なお、上述第４図の例では、同期型ＡＣサーボモータ３
０の出力トルクをインクリメンタルパルスＩＰの計数に
よって行なっているが、トルク検出器を機械的に結合し
て行なうようにしても良い。

発明の効果； 以上のようにこの発明の制御方式によれは同期型ＡＣモ
ータの出力軸を動かすことなく、動いたとしても微少の
範囲内で初期化できる。正弦波のτ付近で変化分の大ぎ
い部分で０を検出するようにしているので正確であり、
その個所より９０°位相をシフトすることによって正弦
波の頂点である力率１を得ることができる。また、装置
構成も簡易となり、ボールセンサの調整作業も要せずイ
ンクリメンタルパルスの発生のみで対処できる利点があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は同期型Ａモータの構造零を示す結線図、第２図
はボールセンサの一例を示す外観図、第３図は出力トル
ク特性を示す図、第４図はこの発明の一実施例を示すブ
ロック構成図、第５図はこの発明の初期化を示すフロー
チャートである。 １・・・電機子巻線、２・・・ロータ、３・・・駆動回
路、１０・・・ボールセンサ、２ｏ・・・ＣＰＵ　、　
２１．２４・・・関数発生器、２２・・・カウンタ、３
５．３６・・・乗算器、３ｏ・・・同期型ＡＣサーボモ
ータ、３１・・・パルス発生器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ロータが永久磁石極で成る同期型ＡＣモータに対し
   て、ステータの回転磁界と前記永久磁石極との間の位相
   角を変化させながら前記同期型ＡＣモータの出力軸のト
   ルクを検出し、前記トルクが零となるときの力率を求め
   、この力率個所から電気角を９０°だけ位相シフトした
   個所を力率１の転流角指令として初期化するようにした
   ことを特徴とする同期型ＡＣモータの制御方式。 ２、ロータが永久磁石極で成り、出力軸にエンコーダを
   結合された同期型ＡＣモータを初期化して制御する制御
   装置において、第１の関数発生器に接続されて前記同期
   型ＡＣモータに対する電流指令及び転流角指令を出力す
   るＣＰＵと、前記エンコーダの出力パルスを計数するカ
   ウンタと、前記転流角指令及び前記カウンタの計数値を
   加算した信号に応じた関数を発生する第２の関数発生器
   と、前記電流指令及び前記関数の乗算及び合成によって
   前記同期型ＡＣモータを駆動する駆動手段とを具備し、
   前記ＣＰＵが前記計数値を入力することによってトルク
   出力０を検出し、その状態より電気角で９０°シフトし
   た位相角を前記転流角指令とするようにしたことを特徴
   とする同期型ＡＣモータの制御装置。