JPH0654571A - モータ回転速度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 モータを用いた回転制御装置において、簡単
な手法で回転むらを補正抑制し、高精度で円滑なモータ
回転を実現する。また、安価なモータにおいても円滑な
モータ回転を実現する。 【構成】 １はモータ、２は回転位置検出を行うＰＧ、
３はＰＧ波形整形回路、４は回転速度検出を行うＦＧ、
５はＦＧ波形整形回路、６はＦＧ信号でカウントアップ
しＰＧ信号で開始アドレス７の値にリセットされるＦＧ
アドレス回路、８は回転むらを補正する正弦波からなる
リプル補正データが記憶された記憶回路、９はゲイン設
定値１０によってリプル補正信号Ｃの振幅が可変可能な
ゲイン回路、１１はリプル補正信号Ｃとモータ速度指令
信号Ｄとを加算する加算器、１２はモータを駆動する駆
動回路である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、モータの回転速度を制
御する回路に関し、さらに詳しくはモータトルクむらま
たは回転速度検出器（以下ＦＧという）着磁むら等によ
って生じる回転むらを補正抑制する機能を有するモータ
回転速度制御回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来技術の説明の前に回転むらの原因と
なる主なものを挙げ、その中でモータトルクむらについ
て発生原理を詳細に説明する。回転むらは主にモータ軸
受け部のでの負荷変動、モータＦＧ、回転位置検出器
（以下ＰＧという）の取り付けむら、モータ駆動電流切
り換え等によるモータトルクむらによって発生する。モ
ータトルクむらはロータマグネット、駆動コイルが図９
に示すような８極、６コイルの三相ブラシレスモータの
場合、１／４回転ごとにロータマグネットのＮ極、Ｓ極
の周期があらわれ三相を合成したコイルの駆動電流切り
換えは６回あらわれ、これを一回転でみると（６×４
＝）２４回の駆動電流切り換えが行われこれがモータト
ルクむらとなる。しかしモータトルクむらは回転数の２
４倍の成分だけでなく、例えばロータマグネットの着磁
むら、駆動コイルの巻むら及び配置誤差、駆動電流切り
換え用ホール素子の配置誤差、ロータとステータの間隔
の不均一等によって、回転数の整数倍のモータトルクむ
らが大きく発生する可能性がある。この傾向は特に組み
立て精度の低い安価なモータを使用した時に強く現れ
る。

【０００３】次に従来のモータ回転速度制御技術として
モータに取り付けたＦＧ、ＰＧを制御情報として制御を
行う一例を図８を用いて説明する。図８において１は図
９に示すようなモータ、４はモータ回転速度の検出を行
うＦＧ、５はＦＧ波形整形回路、８０は速度情報を電圧
値に変換するＦ−Ｖ変換器、８１は速度目標値とＦ−Ｖ
変換器出力との誤差量を出力する比較演算器、８２は前
記演算出力のゲイン、位相補償量を設定する特性設定回
路、１２は速度指令信号Ｄを入力してモータを駆動する
駆動回路である。図８においてＦＧ４はＦＧ波形整形回
路によって波形整形される。その後ＦＧ信号はＦ−Ｖ変
換器８０に入力され電圧レベルに変換される。ＦＧレベ
ル信号は目標値と比較演算され誤差情報となり該誤差情
報は特性設定回路８２でサーボゲイン、位相補償量が設
定され速度指令信号Ｄとなりモータ駆動回路１２に入力
されモータ１の回転数が制御される。

【０００４】また従来の回転むらの補正抑制技術例とし
ては、特開昭５９−１６５９８３、特開平２−２９０１
７５が挙げられる。該技術の一方はモータに取り付けら
れた位置検出器及び速度検出器の出力に応じて補正デー
タを呼び出し速度制御系の利得を制御するもの、またも
う一方は回転むら成分から設定した周波数成分を抜き出
し該周波数成分と同位相同レベルの正弦波を作成して駆
動回路基準信号にミックスするものである。以上のよう
な技術で回転むらの補正抑制が行われていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな従来補正技術には、以下に述べる課題を含んでい
る。まず補正データによって速度制御系の利得を制御す
るものについては、補正データの作成が困難である、ま
たは補正データの測定が困難であるという課題を含んで
いる。このことを少し説明すると、元来トルクむらＴw
の成分はその大部分がモータ回転数の整数倍の周波数を
持った成分であり、該トルクむらＴw はフーリエ展開す
ることにより以下の式で表される。

【０００６】 Ｔw＝Ａ1sin(θ＋α１)＋Ａ2sin(2θ＋α2)＋・・＋Ａn
sin(nθ＋αn)＋・・ よって上式のトルクむらを抑制すべく利得補正データＣ
jaは、 Ｃja＝Ｋ1／Ｔw＝Ｋ1／{Ａ1sin(θ＋α1)＋Ａ2sin(2θ
＋α2)＋・・＋Ａnsin(nθ＋αn)＋・・} なる無限式となり正確な補正データの作成は困難であ
り、また測定により補正データを求める場合も測定誤差
を含んでしまう可能性が高く、正確な測定は困難であ
る。

【０００７】更に通常の使用においてはトルクむらＴw
の全ての成分を補正する必要はなく、数個の大きな成分
のみを補正すればよい場合が多い。例えば上記トルクむ
らＴw の式において第１項目の成分 Ａ1sin(θ＋α
１）を補正する場合、利得補正データＣjbを、 Ｃjb＝ Ｋ2／Ａ1sin(θ＋α１） とし該利得補正データＣjbで利得を制御すると、トルク
指令Ｔo は Ｔo＝Ｔw×Ｃjb であらわされる事になり、上記トルクむらＴw の式にお
いて第１項目の成分は除去できるが第２項目以降の成分
については悪化してしまう可能性がある。

【０００８】上記の理由によって着目した成分について
補正精度を上げる場合、他成分の補正データも含め全て
の補正データを変更しなくてはならず、該変更を実現す
るための回路規模は増大してしまい、また自動調整も困
難である。

【０００９】次にトルクむら成分から所定の周波数成分
を抜き出して該成分と同位相、同振幅の正弦波を作りモ
ータ駆動回路に入力する方法においては、位相、振幅が
自動設定できる点は便利であるが、複数成分について補
正する場合は該成分と同数の補正回路が必要となり、ま
たモータ回転数が変化するような場合では周波数を同期
させる回路が必要となってしまい回路規模の増加、調整
箇所の増加が懸念される。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明のモータ回転速度制御回路は、一回転中にｍ
個（ｍは１以上の整数）の回転位置検出器と、ｍ×ｎ個
（ｎは２以上の整数）の回転速度検出器を備えたモータ
を使用し、回転速度を制御する回路において、リプル補
正データとして一周期がモータ回転数の整数倍となる一
種類の正弦波を記憶した記憶手段と、前記回転位置検出
器と前記回転速度検出器より開始アドレスが任意に設定
可能な回転速度検出器アドレス信号を得るアドレス手段
と、リプル補正データの振幅を設定しリプル補正信号を
出力するゲイン手段を備え、アドレス手段より得られた
回転速度検出器アドレス信号に対応したリプル補正デー
タとなる正弦波を記憶手段から読みだして、ゲイン手段
に入力し、振幅が設定されたリプル補正信号を作り、該
リプル補正信号を回転速度を制御する制御信号に加算す
るように構成した事を特徴とする。

【００１１】本発明の他のモータ回転速度制御回路は、
一回転中にｍ個（ｍは１以上の整数）の回転位置検出器
を備えたモータを使用し、回転速度を制御する回路にお
いて、前記回転位置検出器をｎてい倍し疑似回転速度検
出器信号を作成するてい倍手段と、リプル補正データと
して一周期がモータ回転数の整数倍となる一種類の正弦
波を記憶した記憶手段と、前記回転位置検出器と前記疑
似回転速度検出器より開始アドレスが任意に設定可能な
疑似回転速度検出器アドレス信号を得るアドレス手段
と、リプル補正データの振幅を設定しリプル補正信号を
出力するゲイン手段を備え、アドレス手段より得られた
疑似回転速度検出器アドレス信号に対応したリプル補正
データとなる正弦波を記憶手段から読みだして、ゲイン
手段に入力し、振幅が設定されたリプル補正信号を作
り、該リプル補正信号を回転速度を制御する速度制御信
号に加算するように構成した事を特徴とする。

【００１２】特に、前記のモータ回転速度制御回路にお
いて、記憶手段に記憶されるリプル補正データは、一周
期がモータ回転数の整数倍となる正弦波であって、少な
くとも位相、振幅、一周期間隔のうち一つが異なる二種
類以上の正弦波を合成したデータである事を特徴とす
る。

【００１３】特に、前記のモータ回転速度制御回路にお
いて、ゲイン手段における振幅の設定は、平均モータト
ルクに比例して行われる事を特徴とする。

【００１４】特に、前記のモータ回転速度制御回路にお
いて、ＤＳＰ、ＣＰＵ等の演算機で構成されトルクむら
を打ち消すリプル補正信号が得られるような前記アドレ
ス手段の開始アドレス及び前記ゲイン手段の振幅を設定
する手段を備えた事を特徴とする。

【００１５】

【作用】本発明は上記の構成によって、モータ回転数の
整数倍で発生するトルクむら成分を補正するリプル補正
信号を出力し回転むらを低減させる。

【００１６】

【実施例】具体的な実施例の説明の前に本発明の回転む
ら補正の原理を説明する。

【００１７】トルクむらＴw の成分はその大部分がモー
タ回転数の整数倍の周波数を持った成分であり、該トル
クむらをフーリエ展開すると前述の如く次式で示すよう
に無限式となる。 Ｔw＝Ａ1sin(θ＋α１)＋Ａ2sin(2θ＋α2)＋・・＋Ａn
sin(nθ＋αn)＋・・ 尚、上式におけるトルクむらＴw 成分は前述のように主
に速度検出用ＦＧの取り付けむら、モータトルクむら、
モータ軸受け部の負荷変動等である。ここで例えば上式
において第１項目の成分が大きく、該成分を補正する場
合は、該成分と逆位相で、該成分振幅Ａ1を駆動回路・モ
ータの発生トルク定数Ｋt で除算した振幅Ｋを持った正
弦波を補正値Ｃj1とし該補正値をモータ駆動回路に入力
される速度指令信号に加算すればよい。すなわち補正値
Ｃj1を、 Ｃj1＝−Ｋsin(θ＋α１) とし駆動回路に入力すると補正値Ｃj1は発生トルク定数
Ｋt 倍され、そのモータトルクＴは、 Ｔ＝−Ａ1sin(θ＋α１) となり上式のトルクむらＴw から第１項目の成分を除去
することができる。また複数の成分を補正するには上記
のように一成分づつについて補正値Ｃjnを求め、その後
各補正値を合成すればよいのである。このように本発明
によれば着目した成分の補正を行うには該成分の補正デ
ータのみを調整・設定するだけでよく自動調整も容易に
行え、回路規模も少なく実現できる。また調整時間も少
なくできる。

【００１８】つづいて本発明の実施例の一具体例の説明
を図面を参照して行う。

【００１９】（実施例１）本発明の一実施例を図１に示
す。図１において１は例えば図９に示すようなモータ、
２はモータの回転位置検出を行うＰＧ、３は該ＰＧ信号
を整形するＰＧ波形整形回路、４はモータの回転速度検
出を行うＦＧ、５は該ＦＧ信号を整形するＦＧ波形整形
回路、ここで該ＰＧ、該ＦＧはモータ駆動用ホール素子
を利用してもよく、またモータロータに新たに取り付け
てもよい。６はＦＧ信号ＡでカウントアップしＰＧ信号
Ｂで開始アドレス７の値にリセットされるカウンタで構
成されたＦＧアドレス回路、８はリプル補正データとな
る正弦波データが記憶されている例えばＲＯＭで構成さ
れた記憶回路、９はゲイン設定値１０によってリプル補
正信号Ｃの振幅が可変可能なリプル補正データを入力と
する乗算型Ｄ／Ａで構成されたゲイン回路、１１はリプ
ル補正信号Ｃと例えば図８のように構成した（図示しな
い）回転速度制御回路の速度指令信号Ｄとを加算する加
算器、１２は加算器出力Ｅを速度制御端子入力とするモ
ータを回転駆動させる駆動回路である。

【００２０】次に本実施例の動作を、分かりやすくモー
タ回転数の二倍の回転むらを補正する場合について説明
する。モータ１は駆動回路１２によって回転しているが
本発明の補正を行わないときは、図２のトルクむら波形
Ｆのようにモータ回転数の二倍成分の回転変動が生じて
いる。またモータが回転しているのでＦＧ信号Ａ、ＰＧ
信号Ｂは図２に示すような波形となる。ＦＧ信号Ａ、Ｐ
Ｇ信号ＢはＦＧアドレス回路６に入力され、該ＦＧアド
レス回路６は前記のようにＦＧ信号でカウントアップし
ＰＧ信号によって開始アドレス７の値にリセットされる
カウンタで構成されており出力であるカウント信号が記
憶回路８に入力される。記憶回路８にはトルクむらＦと
同じくモータ回転数二倍の補正データが記憶されてい
る。記憶回路８は前記カウント信号にしたがって補正デ
ータを出力し、ゲイン回路９なる乗算型Ｄ／Ａ回路でゲ
イン設定値１０により振幅が設定されたアナログ信号で
あるリプル補正信号Ｃが得られる。ここで該開始アドレ
スはトルクむらＦの位相と逆位相のリプル補正信号が得
られる値に、ゲイン設定値１０はトルクむらＦの振幅を
駆動回路１２・モータ１での発生トルク定数Ｋt で除算
した振幅のリプル補正信号が得られる値に調整、設定し
てある。リプル補正信号Ｃは速度指令信号Ｄと加算器１
１で加算され加算器出力Ｅは駆動回路１２に入力され
る。駆動回路１２・モータ１は加算器出力Ｅの信号を発
生トルク定数Ｋt 倍し補正モータトルクＧのようなトル
クむらＦと逆位相、同振幅のモータトルクを発生する。
該補正モータトルクＧはトルクむらＦを打ち消し、補正
後のトルクむらＨは回転数二倍成分の除去されたものと
なる。

【００２１】また、開始カウント数、ゲイン設定値はト
ルクむらをオシロスコープ等で観測しながら簡単に調整
でき、またはＦＦＴ(First Fourier Transform) アナラ
イザーで補正すべくトルクむら成分を観察しながら行え
ば更に簡単に調整できる。

【００２２】このように本発明によればモータ回転数の
整数倍の回転むらにおいて補正除去が可能となる。また
ＦＧ信号、ＰＧ信号よりリプル補正信号を得ているので
モータ回転数を変化させて使用する場合にも回路を再調
整する必要はなく的確な補正除去が行われる。

【００２３】（実施例２）本発明の一実施例を図３に示
す。本実施例において図１と同一番号同一記号のものは
実施例１と同様の機能、動作を有する。本実施例はモー
タはＦＧを必要とせずに実施例１と同様の効果を奏する
ものである。図３においてＰＧ信号Ｂは実施例１と同様
にＦＧアドレス回路６のリセット端子に入力されるとと
もにてい倍回路２０に入力される。てい倍回路２０は例
えばＰＬＬ回路で構成されＰＧ信号のｎ倍（ｎは２以上
の整数）の疑似ＦＧ信号Ａを出力し、該疑似ＦＧ信号Ａ
は実施例１のＦＧ信号Ａと同様にＦＧアドレス回路６の
カウントアップ端子に入力される。このように回路構成
され、その後のトルクむらＦの補正動作は実施例１と同
様であり、これによりモータＦＧを必要とせずともトル
クむらＦの除去が可能となる。

【００２４】ここでモータ回転数の変化により疑似ＦＧ
信号Ａが一定とならずＦＧアドレス回路６のカウント出
力値がモータ回転ごとに微妙に変動することが懸念され
るが、てい倍回路２０のてい倍数ｎの値を大きくするこ
とでカウント出力値変動によるリプル補正信号Ｃでの位
相ズレは極小化でき、補正効果は変わらない。またてい
倍数ｎを大きくすることは回路定数を設定するだけでよ
く、大きな手間を取ることはない。

【００２５】（実施例３）本実施例の説明を図４を用い
て行う。本実施例においての回路構成は図１、図３に示
す通りであり補正動作も実施例１、実施例２に示すのと
同様である。

【００２６】本実施例は図４のトルクむら成分Ｆ’のよ
うな複数の成分を同時に、なおかつ回路点数を増加させ
ることなく補正するものである。例えば第４図のトルク
むらＦ’のように二種類の成分を補正除去する場合は、
まず補正Ｃ１’、補正Ｃ２’のように一つづつの成分に
ついて各成分を除去すべくリプル補正信号を求めその後
二つの成分を合成した補正データを作成し該補正データ
より得られるリプル補正信号Ｃ’で補正することで実現
できる。ここで各成分の補正及び合成した補正データで
の補正は実施例１、実施例２と同様に行われる事は言う
までもない。尚合成補正データの作成はそれぞれの成分
補正での開始カウント数、ゲイン設定値を記録し、これ
を元にすることで容易に作成できる。

【００２７】また本実施例では二種類の成分について述
べたが、これに限定されず二種類以上の成分についても
同時補正が可能である事は言うまでもない。

【００２８】（実施例４）本実施例の説明を図５図６を
用いて行う。本実施例において図１と同一番号同一記号
のものは実施例１と同様の機能、動作を有しており、本
実施例における補正動作は実施例１、実施例２、実施例
３に示すのと同様である。図５においてゲイン設定値１
０はモータトルクに比例した値、例えば駆動回路１２の
モータ駆動電流検出端子の出力を低域通過フィルタ４０
で高域を取り除いた値と加算器４１で加算されてゲイン
回路９に入力される。

【００２９】通常モータトルクが増加すると例えばモー
タトルクむらも同様に増加し、回転むらは図６のトルク
むらＦ”のように増加してしまう。このような場合はモ
ータトルクはモータ駆動電流Ｉに比例する事を利用して
ゲイン回路９でのゲイン設定をモータ駆動電流Ｉに比例
させて行えばリプル補正信号Ｃ”のような信号が得られ
該リプル補正信号により補正を行うことでトルクむら
Ｆ”の補正除去が可能となる。

【００３０】このようにモータトルクが変動することが
多い状況において本発明は非常に効果的である。また本
実施例においては駆動回路１２のモータ駆動電流検出端
子の出力信号をモータトルクとして利用したが本発明は
これに限定されず、モータトルクに比例した信号であれ
ば構わない。

【００３１】（実施例５）本実施例の説明を図７を用い
て行う。図７において５０はＤＳＰ、ＣＰＵ等で構成さ
れた演算器である。演算器５０にはモータトルクむらＦ
が入力される。尚モータトルクむらＦは例えばＦＧ信号
Ａから求めればよく、その手段について本発明は限定さ
れるものではない。演算器５０はトルクむらＦから、該
トルクむらＦを補正除去するために最適な開始アドレス
７及びゲイン設定値１０の値を、演算によって求め出力
する。出力された信号は図１あるいは図３あるいは図５
の開始アドレス７、ゲイン設定値１０にそれぞれ接続さ
れ最適リプル補正信号Ｃが求められ、その結果トルクむ
らＦは補正除去が可能となる。

【００３２】このように本発明によればモータの経時変
化等による回転むら成分の変動が多い場合にも確実に回
転むらを補正除去できる。

【００３３】

【発明の効果】本発明を用いる事により、モータ回転む
らの主原因であるモータトルクむら等のモータ回転数の
整数倍で発生するむら成分を補正除去できる。また複数
のむら成分を補正する場合でも回路規模、コストが増加
することなく対応できる。またモータ回転数、平均モー
タトルクを変化させて使用する場合にも無調整で対応で
きる。更に着目した成分の補正を行うには該成分の補正
データのみを調整・設定するだけでよく自動調整も容易
に行え、回路規模も少なく実現できる。また調整時間も
少なくできる。

【００３４】以上のように、簡単に高精度で円滑なモー
タ回転が得られるという効果を奏すると共に、安価なモ
ータを使用した場合でも円滑なモータ回転が得られるの
でモータにかかるコストを安くできるという効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示すブロック図である。

【図２】図１におけるブロック図の説明のための波形
図。

【図３】本発明の他の実施例を示すブロック図である。

【図４】本発明の他の実施例を示す波形図である。

【図５】本発明の他の実施例を示すブロック図である。

【図６】図５におけるブロック図の説明のための波形図
である。

【図７】本発明の他の実施例を示すブロック図である。

【図８】従来技術を示すブロック図である。

【図９】三相ブラシレスモータの一例を示すステータ、
ロータ図である。

【符号の説明】

１ モータ ２ ＰＧ ３ ＰＧ波形整形回路 ４ ＦＧ ５ ＦＧ波形整形回路 ６ ＦＧアドレス回路 ７ 開始アドレス ８ 記憶回路 ９ ゲイン回路 １０ ゲイン設定 １１ 加算器 １２ 駆動回路 ２０ てい倍回路 ４０ 低域通過フィルタ ５０ 演算器

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一回転中に１以上の整数ｍ個の回転位置
   検出器と、ｎを２以上の整数としたときｍ×ｎ個の回転
   速度検出器を備えたモータを使用し、回転速度を制御す
   る回路において、リプル補正データとして一周期がモー
   タ回転数の整数倍となる一種類の正弦波を記憶した記憶
   手段と、前記回転位置検出器と前記回転速度検出器より
   開始アドレスが任意に設定可能な回転速度検出器アドレ
   ス信号を得るアドレス手段と、リプル補正データの振幅
   を設定しリプル補正信号を出力するゲイン手段を備え、
   アドレス手段より得られた回転速度検出器アドレス信号
   に対応したリプル補正データとなる正弦波を記憶手段か
   ら読みだして、ゲイン手段に入力し、振幅が設定された
   リプル補正信号を作り、該リプル補正信号を回転速度を
   制御する制御信号に加算するように構成した事を特徴と
   するモータ回転速度制御回路。
2. 【請求項２】 一回転中に１以上の整数ｍ個の回転位置
   検出器を備えたモータを使用し、回転速度を制御する回
   路において、前記回転位置検出器をｎてい倍し疑似回転
   速度検出器信号を作成するてい倍手段と、リプル補正デ
   ータとして一周期がモータ回転数の整数倍となる一種類
   の正弦波を記憶した記憶手段と、前記回転位置検出器と
   前記疑似回転速度検出器より開始アドレスが任意に設定
   可能な疑似回転速度検出器アドレス信号を得るアドレス
   手段と、リプル補正データの振幅を設定しリプル補正信
   号を出力するゲイン手段を備え、アドレス手段より得ら
   れた疑似回転速度検出器アドレス信号に対応したリプル
   補正データとなる正弦波を記憶手段から読みだして、ゲ
   イン手段に入力し、振幅が設定されたリプル補正信号を
   作り、該リプル補正信号を回転速度を制御する速度制御
   信号に加算するように構成した事を特徴とするモータ回
   転速度制御回路。
3. 【請求項３】 前記記憶手段に記憶されるリプル補正デ
   ータは、一周期がモータ回転数の整数倍となる正弦波で
   あって、少なくとも位相、振幅、一周期間隔のうち一つ
   が異なる二種類以上の正弦波を合成したデータである事
   を特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載の
   モータ回転速度制御回路。
4. 【請求項４】 前記ゲイン手段における振幅の設定は、
   平均モータトルクに比例して行われる事を特徴とする特
   許請求の範囲第１項または第２項または第３項記載のモ
   ータ回転速度制御回路。
5. 【請求項５】 ＤＳＰ、ＣＰＵ等の演算機で構成されト
   ルクむらを打ち消すリプル補正信号が得られるような前
   記アドレス手段の開始アドレス及び前記ゲイン手段の振
   幅を設定する手段を備えた事を特徴とする特許請求の範
   囲第１項または第２項または第３項または第４項記載の
   モータ回転速度制御回路。