JPH03173388A - 同期電動機用トルク検出器 - Google Patents

同期電動機用トルク検出器

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JPH03173388A
JPH03173388A JP1308879A JP30887989A JPH03173388A JP H03173388 A JPH03173388 A JP H03173388A JP 1308879 A JP1308879 A JP 1308879A JP 30887989 A JP30887989 A JP 30887989A JP H03173388 A JPH03173388 A JP H03173388A
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JP
Japan
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torque
synchronous motor
value
signal
vector
Prior art date
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Pending
Application number
JP1308879A
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English (en)
Inventor
Yuzo Takakado
祐三 高門
Hiroshi Hayashi
宏 林
Yuji Yamashita
裕司 山下
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shinko Electric Co Ltd
Original Assignee
Shinko Electric Co Ltd
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Publication date
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  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は同期電動機を用いたACサーボモータ用のトル
ク検出に用りて好適なトルク検出器に関する。
〔従来の技術〕
張力制御やロボットの制御に、同期電動機を用いたAC
サーボモータが多用されるようになってきているが、同
期電動機のトルク検出は、従来、例えば第5図に示す如
く、3相の同期電動機(SM)1の電動機軸と負荷(L
OAD)2の負荷軸との間に継手3を介してトルクピッ
クアップ4を軸結して行ったり、第6図に示す如く、ロ
ードセル5を用いて行う等、機械的トルク検出手段を介
して行っている。6は検出信号を増幅する増幅手段であ
る。
上記トルクピックアップ4を用いるトルク検出は、上記
負荷軸と上記電動機軸間のねじれトルクヲトルクヒック
アンブ4に加えて検出させるものであり、ロードセル5
を用いるトルク検出は、電Oa固定子を矢印方向に回動
可能に軸7で止め、その反作用トルクをロードセル5に
加えて検出させる。
(発明が解決しようとする課題) トルクピックアップ4やロードセル5等を用いるトルク
検出では、これらの他にトルクを伝達させる機械的伝達
手段を必要とするので、余分なスペースが必要になり、
機構的に複雑となるので、費用もかかるという経済的な
間即がある上、この機械的伝達手段のガタ、共振、脈動
トルクに起因する検出誤差を生じやすく、また、この機
械的伝達手段は、ロボット等においては、その連動性能
を阻害する原因となり、トルクピックアップ4を用いる
場合には、高速電動機システムに使用することができな
いという問題があった。
本発明は上記従来の問題を解消するためになされもので
、同期電動機の発生トルクを、機械的なトルク伝達手段
を使用することな(、正確に、かつ高い信頼性をもって
検出することができる同期電動機用トルク検出器を提供
することを目的とする。
[課題を解決するための手段] この発明は上記目的を達成するため、同期電動機のロー
タの回転角信号を入力する入力端子、該回転角信号の値
と磁束設定器に設定された上記同期電動機のロータの磁
極が発生する石n束値とに基づいてd輪具磁束信号とq
輪具磁束信号を生成する磁束ベクトル演算器、上記同期
電動機の電機子電流を検出する電流検出器、該電流検出
器の出力に基づいてd軸電機子アンペアターン信号とq
軸電機子アンペアターン信号を生成する3相/2相変換
器、上記d輪具磁束信号の値とq軸電機子アンペアター
ン信号の値を乗算する第1の乗算器、上記q輪具磁束信
号の値とd軸電機子アンペアタン信号の値を乗算する第
2の乗算器、上記両乗算値を加算する加算器を備える構
成としたものである。
〔作用〕
本発明では、界磁束ベクトルと電機子電流ベクトルに基
づいて、ベクトル外積演算行い、同期電動機の発生トル
ク(瞬時値)を検出するので、前記した機械的伝達手段
は不要である。
回転角信号を入力する入力端子を有しており、ACサー
ボモータは同期電動機の磁損角を検出する回転角検出器
の出力を必ず取込んでいるのでこの回転角信号を取出し
て上記入力端子に与えるだけで、ACサーボモータの内
部を変更することくなトルク検出を行うことができる。
(実施例] 以下、本発明の1実施例を図面を参照して説明する。
第1図および第2図において、100は制御装置であっ
て、位置決め制御器101、回転角検出311、回転界
磁型同期電動機SMとともにACサーボモータを構成し
ており、3相給電線12を通して同期電動isMの電機
子巻線IU、1■、lWに3相交流電力を供給する。回
転角検出器11は界磁ロータ(永久磁石)IFの磁極N
、Sの回転角を検出する検出器であって、同期電動機S
Mの界磁ロータIFと同期して回転し、回転角信号(パ
ルス信号)θを送出する。
13はトルク検出器であって、そのケース13Aには電
流検出器14A、14Bが取付けられるとともに信号入
力端子133、信号出力端子13Tを有し、ケース13
A内には、第2図に示す如く、磁束設定器15、磁束ベ
クトル演算器16.3相/2相変換器17、乗算器18
.19、加算器20を備えている。
上記制御装置100は同期電動機SMの速度またはトル
クを速度指令Soまたはトルク指令T。
が指令する値に制御する制御回路であって、3相(R相
、S相、T相)交流電源ACの電力を直流変換するコン
バータA C/D Cと変換された直流電力を可変電圧
・可変周波数の3相交流に変換するインバータDC/A
Cからなる電力変換器を備えている。C0NTはマイク
ロコンピュータからなる主制御器であって、インバータ
DC/ACの3相出力電流をフィードバック入力し、P
WM制御器PWMを通し、インバータDC/ACの出力
周波数・出力電流をフィードバック制御する。PWM制
御器PWMは主制御器C0NTからの指令に基づきPW
M信号を生成してインバータDC/ACのスイッチング
素子を0N10FF制御する。
C0UNTはカウンタであって、回転角検出信号θを取
込んでインバータDC/ACが送出する3相交流電流の
位相を演算し、主制御器C0NTに与える他、位置決め
制御器101から位置決めパルスを受け、対応する位相
を演算して主制御器C0NTに与える。主制御器C0N
Tは上記速度指令Soまたはトルク指令Toに基づき対
応する周波数の電流制御指令を、また上記位置決めパル
スに対応する位相に基づき位置決め制御指令を生成して
P W M !II御器PWMに与える。BRは制動抵
抗であって、同期電動機SMの回生制動時、コンバータ
AC/DCとインバータDC/ACの間にある平滑用コ
ンデンサ(図示しない)のエネルギーを放電して咳コン
デンの過電圧を防止するための抵抗である。上記位置決
め制御器101は制御回路100から位置帰還信号θf
を受け、帰還値と位置決め設定値との偏差を演算して上
記位置決めパルスを送出する。なお、TB1〜TBS、
CNI、CN2は制御装置100のケースIAに設けら
れた端子である。
トルク検出器13Φ磁束設定器15は水磁石IFが発生
する磁束ΦFの値を設定する設定器であって、常温で測
定した磁束ΦFの値を基準磁束として設定する。
磁束ベクトル演算器16は、磁束ΦFと上記した位置帰
還信号を入力端子13Tを通して入力して、界磁ロータ
IFの回転中心を原点とする静止直交座標系(第4図に
示すd軸とq軸)上の回転界磁束ΦFの2相ベクトル信
号を生成する。この位置帰還信号θfは回転角検出器1
1の出力である回転角信号θと同じ信号であるので、2
相ベクトル信号は下記(1)式、(2)式で表現される
<1ldF=ΦF cosθ・・・・・・・・・・・・
(1)ΦqF=ΦFsinθ・・・・・・・・・・・・
(2)但し、θ−ωt、ω:角速度 3相2相変換器17は電流検出器14A、14Bの出力
を入力して、上記座標系上に設定した電機子アンペアタ
ーン(回転ベクトル) ff(A ”の下記2相ベクト
ル信号を生成する。
IHdA=N−IA  cos  (C1+−−+ψ)
・ ・(3)1(qA=N −IAs i n ((J
)L+ −+ψ)  ・・(4)但し、N・nA =H
A  :電機子アンペアターン■A :電機子電流ベク
トル IA :電機子電流の最大振幅 N :電機子巻線の巻数 ψ :相差角 今、同期電動機SMが無損失の電動機であると仮定する
。電機子アンペアターン![(A =NXIIAである
ので、同期電動IaSMの発生トルクT1は、T”  
−IIA  ”  X@F  ”  −ΦdFX 1F
(q^−11qFXIHdA= ΦF   −HAco
s  ω む ・ sin   (ω t+  −+ 
ψ )一ΦF −HAsln ωt −cos  (ω
t+−+ψ)=ΦF−HAsin(−+ψ) 一ΦF  −HAcos ψ=ΦF−NIAcos ψ
・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・(5)トルク
検出器12の乗算器18は’odpxIl(qA。
を演算し、乗算器19は「ΦqFXI(dAJを演算し
、真東算器の出力が加算器22で加算されるので、この
加算器20の出力は同期電動機SMの発生トルクの瞬時
値Tを与える。
このように、本実施例では、回転角検出器11の出力と
同じ信号である位置帰還信号を信号処理して界磁束ベク
トル41dF、ΦqFを作成し、電流検出器14A、1
4Bの出力を信号処理して電機子アンペアターンベクト
ルIHdA、 n(qAを作成し、これらのベクトル外
積演算によりトルク検出を行うので、前記した従来の機
械的伝達手段は不要であり、同期電動機SMの発生1−
ルクを直接的に検出するので、従来に比して、高精度な
トルク検出を行うことができる。
そして、この検出値はトルク瞬時値であるので、同期電
動機SMを使用する高速応答制御システムのフィードバ
ック(Uとして使用することができる。
本実施例のトルク検出器13は入力端子13Tに回転角
信号θを人力し、電流検出器14A、14Bで電機子電
流を検出すれば良く、同期電動機SMを用いたACサー
ボモータの制御装置100は、必ず、上記回転角信号θ
を取込んで電機子電流の位相を制御するので、既設のA
Cサーボモータにも、その制御装置100の内部を変更
することなく接続することができ、既設のACサーホモ
モーのトルク制御精度を著しく向上することができる利
点がある。
また、トルク検出器13は電子回路で構成し、上記のよ
うに機械的伝達手段は不要であるから、安価に、かつコ
ンパクトに作ることができ、設置スペースは小さくて済
む。
また、トルク検出器は静止型であり、上記のようにJr
F9.械的伝達手段は不要であるから、同期電動isM
が高速機であっても、そのトルク検出に使用することが
でき、前記トルクピックアップのように回転速度による
制約を受けない。
なお、上記実施例では、電流検出器14A、14Bをケ
ース13Aの外部に取付けているが、第3図に示すよう
に、ケース13A内に内蔵し、ケース13Aには電流入
力端子13U、13Wを設ける構造にしても良い、 〔発明の効果〕 本発明は以上説明した通り、ACCサーボモーフ制御装
置が取込んでいる同期電動機の回転角検出器の出力信号
を接続し、電流検出器で同期電動機の電機子電流を取込
むだけで、ベクトル演算により、同期電動機の発生トル
クを検出することができるので、同期電動機を用いたA
Cサーボモータには好適であり、従来のトルク検出器を
用いる場合と異なって該トルク検出器に上記発生トルク
を伝達する機械的伝達手段を必要としないので、この機
械的伝達手段に起因する前記検出誤差が無く、極めて高
精度なトルク検出を行うことができるとともに、静止型
であるので、同期電動機の回転速度による使用範囲の制
約を受けることは無く、これらの効果を、安価な費用で
得ることができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実m例を設けたACサーボモータのブ
ロック図、第2図は上記実施例を示すブロック構成図、
第3図は本発明の他の実施例を示すブロック図、第4図
は同期電動機の界磁束と電機子アンペアターンのd、q
軸ベクトル図、第5図および第6図は従来のトルク検出
器を示す図である。 1−同期電動機、IA・−電機子巻線、IF・−・回転
界(nロータ、11−回転角検出器、13− トルク検
出器、 13S、13T、13U、13W・一端子、14A、1
4B−・・電流検出器、15−磁束設定器、16(n東
ベクトル演算器、17・−・3相/2相変換器、18.
19−乗算器、20−・加算器、100−制j1■装置
、101−位置決め制御器。 第2図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 同期電動機のロータの回転角信号を入力する入力端子、
    該回転角信号の値と磁束設定器に設定された上記同期電
    動機のロータの磁極が発生する磁束値とに基づいてd軸
    界磁束信号とq軸界磁束信号を生成する磁束ベクトル演
    算器、上記同期電動機の電機了電流を検出する電流検出
    器、該電流検出器の出力に基づいてd軸電機子アンペア
    ターン信号とq軸電機子アンペアターン信号を生成する
    3相/2相変換器、上記d軸界磁束信号の値とq軸電機
    子アンペアターン信号の値を乗算する第1の乗算器、上
    記q軸界磁束信号の値とd軸電機子アンペアターン信号
    の値を乗算する第2の乗算器、上記両乗算値を加算する
    加算器を備え、当該構成により上記同期電動機のトルク
    を検出することを特徴とする同期電動機用トルク検出器
JP1308879A 1989-11-30 1989-11-30 同期電動機用トルク検出器 Pending JPH03173388A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5940286A (en) * 1994-05-13 1999-08-17 Abb Industry Oy Method for controlling the power to be transferred via a mains inverter
JP2009268268A (ja) * 2008-04-25 2009-11-12 Sanyo Electric Co Ltd モータ制御装置及び発電機制御装置
JP2009268267A (ja) * 2008-04-25 2009-11-12 Sanyo Electric Co Ltd モータ制御装置及び発電機制御装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009268268A (ja) * 2008-04-25 2009-11-12 Sanyo Electric Co Ltd モータ制御装置及び発電機制御装置
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