JPH07225164A - 交流モータの回転トルク検出装置 - Google Patents
交流モータの回転トルク検出装置Info
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- JPH07225164A JPH07225164A JP1663594A JP1663594A JPH07225164A JP H07225164 A JPH07225164 A JP H07225164A JP 1663594 A JP1663594 A JP 1663594A JP 1663594 A JP1663594 A JP 1663594A JP H07225164 A JPH07225164 A JP H07225164A
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Abstract
ルクを検出する装置において、リップル成分を含まず常
に安定したトルク検出値が得られるようにする。 【構成】 電流検出部16により検出又は算出された3
相交流モータ10の各相U,V,Wの巻線に流れる電流
iMU,iMV,iMWから、3相交流モータ10の回転トル
クTM を検出するトルク演算部18を、各相電流iMU,
iMV,iMWのうちの最大の電流値を選択する選択部38
と、その選択された電流値からリップル成分を除去し、
トルク検出値TM として出力するリップル除去部36と
から構成する。また、電流値に含まれるリップル成分
は、モータの回転位置(電気角θ)に応じて変化するた
め、リップル除去部36は、この電気角θに基づき電流
値を補正する。この結果、トルク制御部24に入力され
るトルク検出値TM は、リップル成分を含まない安定し
たものとなり、モータ制御を安定して実行できる。
Description
クを、交流モータの各相巻線に流れる相電流に基づき検
出する交流モータの回転トルク検出装置に関する。
においては、交流モータの各相巻線に流れる相電流を検
出し、その検出した相電流のうちの最も大きい相電流
を、交流モータの回転トルクを表わすトルク検出値とし
て出力するようにされている。
電流は、交流モータの回転に応じて正弦波状に変化し、
しかも、例えば3相交流モータであれば電気角120
度,2相交流モータであれば電気角180度というよう
に、各相毎に所定の位相差を有するため、従来では、モ
ータの回転位置から相電流が最も大きくなる相巻線を選
択して、その相巻線に流れる相電流を、交流モータの回
転トルクを表わすトルク検出値として出力するようにし
ているのである。
れる相電流は、正弦波状に変化しているため、上記従来
装置のように各相電流の中から最も大きい相電流を選択
して、これをトルク検出値として出力するようにしただ
けでは、トルク検出値に、選択した各相電流の変動成分
がリップルとして含まれてしまう。
されたモータトルク(つまりトルク検出値)と目標トル
クとの偏差を求め、その偏差が0となるように各相巻線
の通電電流をフィードバック制御するような場合には、
その偏差に応じて設定される制御信号にもリップル成分
が含まれることになり、安定したフィードバック制御を
実行できないといった問題があった。
ので、交流モータの各相巻線に流れる相電流から、交流
モータの回転トルクを検出する装置において、リップル
成分を含まず、常に安定したトルク検出値が得られるよ
うにすることを目的としている。
めになされた請求項1に記載の発明は、交流モータの各
相巻線に流れる相電流を検出する相電流検出手段と、交
流モータの回転位置を検出する回転位置検出手段と、該
検出された交流モータの回転位置に応じて、上記相電流
検出手段にて検出された各相電流の中から最も大きい相
電流を選択し、該相電流を交流モータの回転トルクを表
わすトルク検出値として出力する相電流選択手段と、を
備えた交流モータの回転トルク検出装置において、上記
回転位置検出手段にて検出された交流モータの回転位置
に応じて、上記相電流選択手段から出力されるトルク検
出値に含まれるリップル成分を除去するリップル除去手
段を設けたことを特徴としている。
1に記載の交流モータの回転トルク検出装置において、
上記リップル除去手段は、交流モータの回転位置に対す
る各相電流の変化特性に基づき予め回転位置毎に設定さ
れた補正値を記憶する記憶手段を備え、該記憶手段から
上記回転位置検出手段にて検出された交流モータの回転
位置に対応した補正値を読み出して上記トルク検出値を
補正することにより、上記トルク検出値からリップル成
分を除去することを特徴としている。
請求項2に記載の交流モータの回転トルク検出装置にお
いて、上記補正値は、交流モータの回転位置に対して相
電流を実際に測定した測定結果に基づき設定されている
ことを特徴としている。
モータの回転トルク検出装置においては、相電流検出手
段が、交流モータの各相巻線に流れる相電流を検出し、
回転位置検出手段が、交流モータの回転位置を検出し、
相電流選択手段が、回転位置検出手段にて検出された交
流モータの回転位置に応じて、相電流検出手段にて検出
された各相電流の中から最も大きい相電流を選択し、そ
の相電流を交流モータの回転トルクを表わすトルク検出
値として出力する。また、リップル除去手段が、回転位
置検出手段にて検出された交流モータの回転位置に応じ
て、相電流選択手段から出力されるトルク検出値に含ま
れるリップル成分を除去する。
転トルクを表わすトルク検出値として選択する相電流
は、相電流検出手段にて検出された相電流のうちの最も
大きい相電流であり、交流モータの回転トルクに対応す
るが、これには正弦波状に変化する各相電流の変動成分
によってリップル成分が含まれるため、本発明では、リ
ップル成分除去手段によって、このリップル成分を除去
するようにしているのである。
検出手段にて検出された交流モータの回転位置に応じて
リップル成分を除去するが、これは、各相電流は交流モ
ータの回転位置に応じて正弦波状に変化するため、この
回転位置が判れば、導電流選択手段から出力されるトル
ク検出値に含まれるリップル値を知ることができるから
である。
トルク検出装置においては、記憶手段に、交流モータの
回転位置に対する各相電流の変化特性に基づき予め回転
位置毎に設定された補正値が格納されており、リップル
除去手段が、この記憶手段から交流モータの回転位置に
対応した補正値を読み出して、トルク検出値を補正す
る。
ル値は、交流モータの回転位置から知ることができるた
め、リップル除去手段としては、例えば、交流モータの
回転位置からトルク検出値に含まれるリップル値を算出
し、この算出したリップル値からトルク検出値を補正す
るようにしても、また、交流モータの回転位置をパラメ
ータとするトルク検出値補正用の演算式を設定してお
き、この演算式を用いてトルク検出値を補正するように
しても、実現できる。しかし、リップル除去手段をこの
ように構成した場合、交流モータが高速回転していると
きも、トルクを検出できるようにするには、リップル値
の演算、トルク検出値の補正演算等の複雑な演算を高速
に行なわなければならず、高価な演算装置が必要とな
る。
置に応じたリップル成分除去用の補正値を記憶手段に格
納しておき、その格納された補正値を使ってトルク検出
値を補正することにより、リップル成分除去のためのト
ルク検出値の補正演算を簡単に行なうことができるよう
にしているのである。
回転トルク検出装置においては、記憶手段に格納する補
正値を、交流モータの回転位置に対して相電流を実際に
測定した測定結果に基づき設定するようにされている。
すなわち、交流モータの各相巻線に流れる相電流は、上
記のように交流モータの回転位置に応じて変化し、その
値は交流モータの回転位置から理論的に演算できる。し
かし、実際には、各相巻線の特性や相巻線が巻回される
ステータ位置のばらつき等によって、相電流は理論的に
演算した値からずれることがあり、この場合、演算によ
り求めた相電流の変化特性から補正値を設定していたの
では、トルク検出値から確実にリップル成分を除去する
ことができない。
置に対して相電流を実際に測定した測定結果に基づき、
補正値を設定することにより、トルク検出値からより正
確にリップル成分を除去できるようにしているのであ
る。
る。まず図2は、3相交流モータ10の回転位置及び回
転トルクを制御する実施例の制御装置全体の構成を表わ
すブロック図である。なお、本実施例の3相交流モータ
10は、ロボットのアームの先端に設けられたねじ締め
装置を駆動するためのものである。
タ10の制御装置は、3相交流モータ10が所定角度回
転する度に検出信号を発生する回転位置検出手段として
のロータリエンコーダ12、ロータリエンコーダ12か
らの検出信号を処理して、3相交流モータ10の回転速
度VM ,3相交流モータ10の回転位置(実位置),及
び3相交流モータ10の固定子各相に対する回転子の回
転位置を表わす電気角θを算出する信号処理部14、3
相交流モータ10の各相U,V,Wの巻線に流れる電流
iMU,iMV,iMWを各々検出する相電流検出手段として
の電流検出部16、及びこの電流検出部16にて検出さ
れた各相U,V,Wの電流から3相交流モータ10の回
転トルクTM を算出するトルク演算部18を備えてい
る。
位置制御部20において、図示しない制御指令部から入
力された制御対象の目標位置を表わす位置指令と信号処
理部14にて求められた3相交流モータ10の実位置と
の偏差ep を算出し、速度制御部22において、この位
置偏差ep から3相交流モータ10の目標回転速度を求
めると共に、この目標回転速度と信号処理部14にて算
出した実回転速度VMとの偏差ev を算出する。
の速度偏差ev から3相交流モータ10の目標トルクT
を求めると共に、この目標トルクTとトルク演算部18
にて算出された3相交流モータ10の回転トルクTM と
の偏差eT を算出し、電流制御部26において、このト
ルク偏差eT に基づき3相交流モータ10の各相U,
V,Wの目標電流(実際にはU相,V相の目標電流)を
求めて、電流検出部16にて検出された各相U,V,W
に実際に流れた電流との偏差ei を夫々算出する。
流制御部26にて算出された各相U,V,Wの電流偏差
ei に基づき、3相交流モータ10の各相U,V,Wの
通電電流を制御する。ここで、トルク制御部24は、図
1に示す如く、速度制御部22から出力される速度偏差
ev と予め設定された制御定数Kvとに基づき、速度偏
差ev を「0」にするための3相交流モータ10の目標
トルクTを演算する目標トルク演算部24aと、目標ト
ルクTとトルク演算部18にて算出された実際の回転ト
ルクTM との偏差eT (=T−TM )を算出するトルク
偏差算出部14bとから構成されており、その算出した
トルク偏差eT を電流制御部26に出力する。
演算部24aには、3相交流モータ10により駆動され
るねじ締め装置がねじ締め作業を行なっているときの3
相交流モータ10の回転トルク、つまりねじ締めトルク
が、所定トルクToとなるように制御するために、図示
しない制御指令部からトルク指令値Toが入力されてお
り、目標トルク演算部24aは、このトルク指令値To
を上限として、目標トルクTを設定する。
4から出力されたトルク偏差eT と、予め設定された制
御定数KT と、信号処理部14にて求められた電気角θ
とに基づき、次式(1),(2) iU =KT ・sinθ …(1) iV =KT ・sin(θ+120度) …(2) を用いて、3相交流モータ10のU相,V相の目標電流
iU ,iV を算出する相電流演算部30U ,30V から
なる目標電流演算部30と、この目標電流演算部30に
て算出されたU相,V相の目標電流iU ,iV と電流検
出部16にて検出されたU相,V相に実際に流れた電流
iMU,iMVとの偏差eiU(=iU −iMU),eiV(=i
V −iMV)を算出する電流偏差算出部32U ,32V
と、これらU相,V相の偏差eiU,eiVに基づき、次式
(3) eiW =−eiu −eiV …(3) を用いて、W相の目標電流iW を実際に算出することな
く、W相に相当する電流偏差eiWを算出する電流偏差算
出部32W とから構成されており、これら各電流偏差e
iU,eiV,eiWを駆動回路28に出力する。
は、3相交流モータ10の1回転に2回の割で電気角θ
が変化するように設計されており、各相U,V,Wに流
れる電流iMU,iMV,iMWは、この電気角θに応じて、
図3に示す如く変化させる必要があるため、電流制御部
26では、上記演算式に基づきU相,V相の目標電流i
U ,iV を求め、この値と実際の電流iMU,iMVとの電
流偏差eiU ,eiV 、及び、この電流偏差eiU ,eiV
から算出したW相の電流偏差eiWを駆動回路28に出力
することにより、駆動回路28に、各相U,V,Wの巻
線に流れる電流iMU,iMV,iMWを、目標電流iU ,i
V ,iW に制御させるのである。
を実際に算出することなく、U相,V相の電流偏差eiU
,eiV からW相に相当する電流偏差eiWを算出できる
のは、3相交流モータ10の各相U,V,Wの電流の和
が「0」であるからである。つまり、3相交流モータ1
0の各相U,V,Wの電流の和は「0」であることか
ら、W相の目標電流iW は、次式(4) の如く記述でき
る。
32U ,32V に入力されるU相,V相の電流iMU,i
MVから、次式(5)の如く記述できる。 iMW=−iMU−iMV …(5) このため、W相の電流偏差eiWは、 eiW=iW −iMW=−(iu −iMU)−(iV −iMV) =−eiu −eiV となる。そこで本実施例では、上記演算式(3) を用いる
ことにより、W相の電流偏差eiWを、W相の目標電流i
W を実際に算出することなく、U相,V相の電流偏差e
iU,eiVから算出するようにしているのである。
ら3相交流モータ10のU相及びV相の巻線に至る電流
経路に設けられ、これら各相U,Vの電流iMU,iMVを
検出する電流検出回路16U ,16V と、電流検出回路
16U ,16V にて検出された各相U,Vの電流iMU,
iMVに基づき、3相交流モータ10のW相の巻線に流れ
る電流iMWを算出するW相電流演算部16W とから構成
されている。
0の各相U,V,Wの電流iMU,iMV,iMWの和は
「0」であることから、電流検出部16では、U相及び
V相の電流iMU,iMVについては、電流検出回路16U
,16V により直接検出し、W相の電流iMWについて
は、W相電流演算部16W において、上記(5) 式を用い
て算出するのである。
6にて検出又は算出された各相U,V,Wの電流iMU,
iMV,iMWのうち、最も大きい電流値を、信号処理部1
4にて求められた3相交流モータ10の電気角θに基づ
き選択する相電流選択手段としての選択部38と、この
選択部38にて選択された電流値からリップル成分を除
去するリップル除去手段としてのリップル除去部36と
から構成されている。
の各相U,V,Wに流れる電流iMU,iMV,iMWは、図
3に示したように、3相交流モータ10の回転位置、延
いては電気角θに応じて変化するが、3相交流モータ1
0の回転トルクは、そのうちの最大の電流値から容易に
検出できる。そこで、トルク演算部18では、まず選択
部38において、この電気角θに基づき電流値が最大と
なる相を求めて、その相電流を選択するのである。
iMWは、図3に示す如く、正・負に反転するが、選択部
38では、電気角θから、その絶対値が最大となる相を
求め、その相の電流の絶対値を、回転トルクを表わす値
として出力する。つまり、本実施例では、図3に示すよ
うに、電気角θが0度から60度の間はV相の電流iMV
の絶対値が最も大きく、電気角θが60度から120度
の間はU相の電流iMUの絶対値が最も大きい、というよ
うに、電気角θの60度毎に、電流の絶対値が最も大き
くなる相が変化するため、選択部38にて選択される電
流は、電気角θの60度毎に変化する。
た電流値は、3相交流モータ10の回転トルクに対応す
るものの、電気角θの60度毎、換言すれば3相交流モ
ータ10の回転30度毎に変化する。従って、選択部3
8から出力される電流値を、3相交流モータ10の回転
トルクを表わす値として、そのままトルク制御部24に
出力すると、トルク制御部24において算出されるトル
ク偏差eT が、3相交流モータ10の回転に同期して周
期的に変化し、制御が不安定になる。
部36により、選択部38にて選択された電流値に含ま
れるリップル成分を除去し、リップル成分除去後の電流
値を、3相交流モータ10の回転トルクTM としてトル
ク制御部24に出力するようにされている。
U相,V相,W相のうちのいずれであるかは、電気角θ
から容易に判定することができ、しかもその電流値は、
電流制御部26において目標電流を算出する際に使用さ
れる演算式に従って変化することから、本実施例のリッ
プル除去部36では、電気角θに基づき選択部38から
の電流値がいずれの相であるかを判定し、その相に対応
した次式(6)〜(8)を用いて、リップル成分を除去した回
転トルクTM を算出し、トルク制御部24に出力する。
但し、次式(6)〜(8)において、Kiは補正定数である。
制御装置においては、トルク演算部18により、電流検
出部16によって検出又は算出された3相交流モータ1
0の各相U,V,Wの巻線に流れる電流iMU,iMV,i
MWから、3相交流モータ10の回転トルクTM を検出す
るに当たって、選択部38において、各相電流iMU,i
MV,iMWのうちの最大の電流値を選択するだけでなく、
リップル除去部36において、その選択した電流値のリ
ップル成分を除去するようにされている。
トルク演算部18において、リップル成分のない安定し
た回転トルクTM を求めることができ、3相交流モータ
10の位置制御及びトルク制御を精度良く実行すること
ができる。例えば、図4(a)は、本実施例の制御装置
からリップル除去部36を除去した従来の制御装置によ
り、ねじ締め装置を駆動する3相交流モータ10を実際
に動作させて、100本のねじを締め付け、各ねじの締
め付けトルクを測定した結果を表わし、図4(b)は、
本実施例の制御装置により、ねじ締め装置を駆動する3
相交流モータ10を実際に動作させて、100本のねじ
を締め付け、各ねじの締め付けトルクを測定した結果を
表わしているが、この図から明かな如く、本実施例のよ
うに、トルク演算部18にリップル除去部36を設ける
ことによって、ねじの締め付けトルクのばらつきを低減
できることが判る。
36において、選択部38にて選択された電流値からリ
ップル成分を除去する際に、上述の演算式を用いるもの
として説明したが、リップル除去部36を、予め電気角
θに対応したリップル成分補正用の補正値が予め格納さ
れたメモリ36aと、電気角θに対応した補正値をメモ
リ36aから読み出し、この補正値により選択部38に
て選択された電流値をそのまま補正する補正部36bと
から構成すれば、リップル除去部36においてリップル
成分除去のための演算を行なう必要がなくなり、リップ
ル除去部36の構成を簡素化できる。
る電流値に含まれるリップル値を、3相交流モータ10
を実際に駆動することにより実験的に求め、その値を実
際の電気角θと対応して、メモリ36aに格納するよう
にすれば、3相交流モータ10の構造上のばらつき等に
影響されることなく、電流値からリップル成分を除去す
ることができるようになり、制御精度をより向上するこ
とが可能となる。
おいて、ロータリエンコーダ12からの検出信号に基づ
き、3相交流モータ10の電気角θを求めるようにし、
目標電流演算部30,選択部38,及びリップル除去部
36は、この電気角θに従い動作するものとして説明し
たが、3相交流モータ10の電気角θは、3相交流モー
タ10の回転位置(回転角度)に対応することから、目
標電流演算部30,選択部38及びリップル除去部36
を、3相交流モータ10の回転位置に応じて動作するよ
うに構成することにより、電気角θの算出を不要にする
こともできる。
交流モータに適用した場合について説明したが、本発明
は、2相交流モータであっても適用できるのはいうまで
もない。
交流モータの回転トルク検出装置によれば、交流モータ
の各相巻線に流れる相電流から、交流モータの回転トル
クに対応し、且つリップル成分のない、安定したトルク
検出値を生成することができる。このため、交流モータ
のトルクを目標トルクに制御する交流モータの制御系に
おいて、安定した制御信号を生成することができるよう
になり、その制御精度を向上することができる。
ルク検出装置によれば、トルク検出値からリップル成分
を除去するに当たって、予め交流モータの回転位置毎に
設定された補正値を使用するので、リップル成分除去の
ために複雑な演算を行なう必要がない。従って、リップ
ル成分除去のために効果な演算装置を使用する必要がな
く、本発明装置を容易に実現することが可能になる。
回転トルク検出装置においては、トルク検出値からリッ
プル成分を除去するための補正値が、交流モータの回転
位置に対して相電流を実際に測定した測定結果に基づき
設定されているため、交流モータの構造上のばらつき等
によって、トルク検出値に含まれるリップル成分が理論
値とは異なるような場合であっても、トルク検出値から
リップル成分を正確に除去することができる。このた
め、交流モータの制御をより安定して実行することがで
きるようになり、制御精度をより向上することができ
る。
御部及び電流制御部の詳細構成を表わすブロック図であ
る。
を表わすブロック図である。
じて変化する各相電流を説明する説明図である。
によるトルク制御の結果とを比較して表わす説明図であ
る。
ブロック図である。
(回転位置検出手段) 14…信号処理部 16…電流検出部(相電流検出手
段) 18…トルク演算部 20…位置制御部 22…速
度制御部 24…トルク制御部 26…電流制御部 28…駆
動回路 36…リップル除去部(リップル除去手段) 38…選択部(相電流選択手段)
Claims (3)
- 【請求項1】 交流モータの各相巻線に流れる相電流を
検出する相電流検出手段と、 交流モータの回転位置を検出する回転位置検出手段と、 該検出された交流モータの回転位置に応じて、上記相電
流検出手段にて検出された各相電流の中から最も大きい
相電流を選択し、該相電流を交流モータの回転トルクを
表わすトルク検出値として出力する相電流選択手段と、 を備えた交流モータの回転トルク検出装置において、 上記回転位置検出手段にて検出された交流モータの回転
位置に応じて、上記相電流選択手段から出力されるトル
ク検出値に含まれるリップル成分を除去するリップル除
去手段を設けたことを特徴とする交流モータの回転トル
ク検出装置。 - 【請求項2】 上記リップル除去手段は、交流モータの
回転位置に対する各相電流の変化特性に基づき予め回転
位置毎に設定された補正値を記憶する記憶手段を備え、
該記憶手段から上記回転位置検出手段にて検出された交
流モータの回転位置に対応した補正値を読み出して上記
トルク検出値を補正することにより、上記トルク検出値
からリップル成分を除去することを特徴とする請求項1
に記載の交流モータの回転トルク検出装置。 - 【請求項3】 上記補正値は、交流モータの回転位置に
対して相電流を実際に測定した測定結果に基づき設定さ
れていることを特徴とする請求項2に記載の交流モータ
の回転トルク検出装置。
Priority Applications (3)
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---|---|---|---|
JP1663594A JP2833463B2 (ja) | 1994-02-10 | 1994-02-10 | 交流モータの回転トルク検出装置 |
DE19504287A DE19504287B4 (de) | 1994-02-10 | 1995-02-09 | Drehmoment-Erfassungsvorrichtung für einen Wechselstrommotor |
US08/386,498 US5616999A (en) | 1994-02-10 | 1995-02-10 | Torque detecting apparatus for reducing torque ripple in an AC motor |
Applications Claiming Priority (1)
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