JPH10229690A - 永久磁石形ａｃサーボモータ駆動装置 - Google Patents
永久磁石形ａｃサーボモータ駆動装置Info
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- JPH10229690A JPH10229690A JP9047367A JP4736797A JPH10229690A JP H10229690 A JPH10229690 A JP H10229690A JP 9047367 A JP9047367 A JP 9047367A JP 4736797 A JP4736797 A JP 4736797A JP H10229690 A JPH10229690 A JP H10229690A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 回転子磁石の磁束分布の状況に関わらず、
励磁中の磁束分布が正弦波状としてトルクリップルを抑
制して回転精度を向上する。 【解決手段】サーボモータに電流を供給する３相の主回
路と、速度指令と前記サーボモータの回転速度を比較し
て前記サーボモータの速度を制御する速度制御器と、該
速度制御器の指令を受けて前記主回路の電流を制御する
電流制御部とを備え、回転子に永久磁石を含む前記サー
ボモータの速度を制御する永久磁石形ＡＣサーボモータ
駆動装置において、前記サーボモータの回転速度から回
転位置を算出する位置検出回路と、回転子が１回転する
間のトルクが一定となる電流に対応する信号を回転子の
前記回転位置毎に格納したＲＯＭと、Ｄ／Ａ変換器と、
乗算器とからなるトルク脈動補償回路を設け、前記サー
ボモータの回転位置に対応して前記電流制御部の入力信
号を補正する。
励磁中の磁束分布が正弦波状としてトルクリップルを抑
制して回転精度を向上する。 【解決手段】サーボモータに電流を供給する３相の主回
路と、速度指令と前記サーボモータの回転速度を比較し
て前記サーボモータの速度を制御する速度制御器と、該
速度制御器の指令を受けて前記主回路の電流を制御する
電流制御部とを備え、回転子に永久磁石を含む前記サー
ボモータの速度を制御する永久磁石形ＡＣサーボモータ
駆動装置において、前記サーボモータの回転速度から回
転位置を算出する位置検出回路と、回転子が１回転する
間のトルクが一定となる電流に対応する信号を回転子の
前記回転位置毎に格納したＲＯＭと、Ｄ／Ａ変換器と、
乗算器とからなるトルク脈動補償回路を設け、前記サー
ボモータの回転位置に対応して前記電流制御部の入力信
号を補正する。
Description
【発明の詳細な説明】
【産業上の利用分野】本発明は回転子に永久磁石を備え
た永久磁石形ＡＣサーボモータのトルク脈動を抑制する
永久磁石形ＡＣサーボモータ駆動装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】ＡＣサーボモータのトルクに脈動があれ
ばサーボ性能が低下し、駆動される機械に悪影響を及ぼ
すため、これまではモータ側と駆動装置側の双方でトル
ク脈動を低減するための工夫がされてきた。その工夫と
は、モータ側でトルク脈動を軽減する場合は、磁石セグ
メントの断面形状を周方向の厚みが正弦波状となるよう
にしたり、磁束分布が正弦波状となるように着磁したり
して、誘起電圧波形を正弦波に近づけるというものであ
った。また駆動装置側でトルク脈動を軽減する場合は、
例えば特開平７−１２３７６５号公報に示されているよ
うに、モータの各相の巻線に流す電機子電流の目標値
を、全ての相の誘起電圧の瞬時値の２乗和に反比例する
量と、各相の誘起電圧の瞬時値に比例する量、トルク目
標値から磁極位置に対応する所定値を減じた値に比例す
る量として演算器で演算し、電流調節器において、変流
器を介して得られる電機子電流の実際値を、先の演算器
の出力値に一致させるよう制御するというものであっ
た。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】しかし前記のように、
ＡＣサーボモータの界磁永久磁石の形状を正弦波状にし
たり正弦波着磁したりすると、磁石の総磁束が減少して
しまい結果としてトルクが低下するという欠点があっ
た。また特開平７−１２３７６５に開示された技術によ
ると、汎用性が高い３相ブリッジのインバータを使用す
ることができず、各相ごとに単相のインバータを必要と
することになるため、単相のインバータが３個必要とな
って駆動装置が大きくなり、価格も高くなるという問題
点があった。 【０００４】 【課題を解決するための手段】上記問題を解決するた
め、本発明は、サーボモータに電流を供給する３相の主
回路と、速度指令と前記サーボモータの回転速度を比較
して前記サーボモータの速度を制御する速度制御器と、
該速度制御器の指令を受けて前記主回路の電流を制御す
る電流制御部とを備え、回転子に永久磁石を含む前記サ
ーボモータの速度を制御する永久磁石形ＡＣサーボモー
タ駆動装置において、前記サーボモータの回転速度から
回転位置を算出する位置検出回路と、回転子が１回転す
る間のトルクが一定となる電流に対応する信号を回転子
の前記回転位置毎に格納したＲＯＭと、Ｄ／Ａ変換器
と、乗算器とからなるトルク脈動補償回路を設け、前記
サーボモータの回転位置に対応して前記電流制御部の入
力信号を補正することを特徴とするものである。 【０００５】 【実施例】以下本発明の実施例を図に基づいて説明す
る。図１は本発明の永久磁石形ＡＣサーボモータ駆動装
置が駆動するサーボモータの正断面の一例である。図に
おいて、１は軸受で回転可能に支持された回転子であ
り、その表面には磁石２が固着されている。３は図示し
ないフレームなどに取付けられた固定子であり、内周側
を周方向に等間隔のスロット４が１８個設けられ、これ
によって形成された各ティースには図示しない巻線が巻
かれている。磁石２は円筒になっていて６極に着磁され
ており、１個の円筒であっても、円筒を６分割して瓦形
とした磁石を交互に異極となるよう６個組み合わせたも
のであってもよく、回転子１の表面に固着して円筒にな
っていればよい。ティース先端と磁石２の間の空隙部で
は、磁石２の磁束に固定子３の巻線に供給した電流によ
って生じる磁束が作用し回転子１が回転する。次に本発
明を適用した永久磁石形ＡＣサーボモータ駆動装置につ
いて図２を用いて説明する。図において５はサーボモー
タ、５１はサーボモータ５の回転を検出してパルス列を
発生する回転センサ、５２はＦ／Ｖ変換器、５３は回転
方向判別回路、５４は回転指令と検出した回転信号を受
けて差をとり、位相補償して速度指令を出力する速度制
御器である。７は電流制御部であり、電流制御器７１
と、電流検出器７２、電流検出回路７３、ゲート回路７
４とからなっており、６は３相の主回路である。８はト
ルク脈動補償回路であり、位置検出回路８１と、ＲＯＭ
８２、Ｄ／Ａコンバータ８３、乗算器８４からなってい
る。このような構成において、電流制御部７と３相の主
回路６とで電流制御ループが構成されており、電流検出
器７２がサーボモータ５の３相の電流を検出すると、電
流検出回路７３が電圧信号に変換し、電流制御器７１が
トルク脈動補償回路８の電流指令とフィードバックした
電流検出回路７３の信号を比較して位相補償する。電流
制御器７１の指令を受けたゲート回路７４はパルス信号
に変換して対応する３相の主回路６の各パワー素子にス
イッチング指令を与える。このようにして、トルク脈動
補償回路８の電流指令に応じた電流がモータ５に供給さ
れるのである。この電流制御ループと、サーボモータ
５、回転センサ５１、Ｆ／Ｖ変換器５２、回転方向判別
回路５３、速度制御器５４、トルク脈動補償回路８とで
速度制御ループをなしている。ここで、回転センサ５１
がサーボモータ５の回転速度を検出すると、Ｆ／Ｖ変換
器５２と回転方向判別回路５３の働きで正回転か逆回転
かを判別する信号と、回転速度に対応する信号を出力す
る。回転方向判別回路５３の信号を受けた速度制御器５
４は速度指令とその信号を比較して位相補償する。トル
ク脈動補償回路８では、位置検出回路８１が回転センサ
５１の信号と回転方向判別回路５３の信号を受けると固
定子３に対する回転子１の回転角度位置に対応する信号
を出力し、この信号を受けた３つのＲＯＭ８２は角度に
対応して格納されたデータを払い出し、Ｄ／Ａ変換器８
３を介して基準補正電流ｉＵ０、ｉＶ０、ｉＷ０を出力
する。そして、この３つの信号と速度制御器５４の信号
を乗算して３相の電流指令を得るのである。このよう
に、サーボモータ５の回転を検出すると速度制御器５４
が働いて位相補償し、３相毎に電流指令を与えるので、
サーボモータ５は速度指令に応じた速度で回転するので
ある。ここで、本発明の基礎となるトルク脈動を補償す
る原理について説明する。サーボモータ５のトルクは回
転子１の磁石２が作る磁束密度と、固定子３の励磁電流
の積で表わされる。そして回転子１の表面の磁束密度の
周方向分布と励磁電流が正弦波になっていればトルクは
脈動せず一定になる。しかし、前記磁束密度の分布が正
弦波に対して歪んでいれば、励磁電流が正弦波であって
もトルクに脈動が生じることになる。この場合、前記の
ようにトルクが回転子の磁束密度と励磁電流の積である
ため、励磁電流が、正弦波の磁束密度と歪みを含む磁束
密度の比を正弦波に乗じた波形となるようにすれば、そ
の積であるトルクは脈動がなく一定とすることができ
る。歪みを含む磁束密度は次のようにして測ることがで
きる。固定子３を励磁することなくサーボモータを自由
に回転すると、回転子１の表面に固着した磁石２の磁束
のため固定子３の巻線に誘起電圧が発生する。この誘起
電圧は磁束密度に比例しているのでこの誘起電圧を測る
ことによって間接的に磁束密度を測ることができるので
ある。そこで、回転子１の回転位置に対応して誘起電圧
を計測してＲＯＭに書き込んでおき、永久磁石形ＡＣサ
ーボモータ駆動装置でサーボモータ５を駆動する時は回
転位置に同期して前記ＲＯＭの信号をＤ／Ａ変換器でア
ナログ信号にして補正し、新たに電流指令とすれば脈動
のない一定のトルクを得ることができるのである。 【０００６】 【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、回
転子に円筒の磁石を用いつつ脈動トルクを抑えることが
できるので、従来のように回転子の永久磁石の形状を正
弦波状にしたものに比べて、脈動トルクを抑えつつ大き
なトルクが得られるという効果がある。従ってサーボモ
ータの小形、高効率が可能となるほか、位置決め時間の
短縮ができたり、速度リップルも抑制する効果がある。
さらに汎用される３相インバータを用いることができる
ので小形で安価な装置を提供できる効果がある。 【０００７】
た永久磁石形ＡＣサーボモータのトルク脈動を抑制する
永久磁石形ＡＣサーボモータ駆動装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】ＡＣサーボモータのトルクに脈動があれ
ばサーボ性能が低下し、駆動される機械に悪影響を及ぼ
すため、これまではモータ側と駆動装置側の双方でトル
ク脈動を低減するための工夫がされてきた。その工夫と
は、モータ側でトルク脈動を軽減する場合は、磁石セグ
メントの断面形状を周方向の厚みが正弦波状となるよう
にしたり、磁束分布が正弦波状となるように着磁したり
して、誘起電圧波形を正弦波に近づけるというものであ
った。また駆動装置側でトルク脈動を軽減する場合は、
例えば特開平７−１２３７６５号公報に示されているよ
うに、モータの各相の巻線に流す電機子電流の目標値
を、全ての相の誘起電圧の瞬時値の２乗和に反比例する
量と、各相の誘起電圧の瞬時値に比例する量、トルク目
標値から磁極位置に対応する所定値を減じた値に比例す
る量として演算器で演算し、電流調節器において、変流
器を介して得られる電機子電流の実際値を、先の演算器
の出力値に一致させるよう制御するというものであっ
た。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】しかし前記のように、
ＡＣサーボモータの界磁永久磁石の形状を正弦波状にし
たり正弦波着磁したりすると、磁石の総磁束が減少して
しまい結果としてトルクが低下するという欠点があっ
た。また特開平７−１２３７６５に開示された技術によ
ると、汎用性が高い３相ブリッジのインバータを使用す
ることができず、各相ごとに単相のインバータを必要と
することになるため、単相のインバータが３個必要とな
って駆動装置が大きくなり、価格も高くなるという問題
点があった。 【０００４】 【課題を解決するための手段】上記問題を解決するた
め、本発明は、サーボモータに電流を供給する３相の主
回路と、速度指令と前記サーボモータの回転速度を比較
して前記サーボモータの速度を制御する速度制御器と、
該速度制御器の指令を受けて前記主回路の電流を制御す
る電流制御部とを備え、回転子に永久磁石を含む前記サ
ーボモータの速度を制御する永久磁石形ＡＣサーボモー
タ駆動装置において、前記サーボモータの回転速度から
回転位置を算出する位置検出回路と、回転子が１回転す
る間のトルクが一定となる電流に対応する信号を回転子
の前記回転位置毎に格納したＲＯＭと、Ｄ／Ａ変換器
と、乗算器とからなるトルク脈動補償回路を設け、前記
サーボモータの回転位置に対応して前記電流制御部の入
力信号を補正することを特徴とするものである。 【０００５】 【実施例】以下本発明の実施例を図に基づいて説明す
る。図１は本発明の永久磁石形ＡＣサーボモータ駆動装
置が駆動するサーボモータの正断面の一例である。図に
おいて、１は軸受で回転可能に支持された回転子であ
り、その表面には磁石２が固着されている。３は図示し
ないフレームなどに取付けられた固定子であり、内周側
を周方向に等間隔のスロット４が１８個設けられ、これ
によって形成された各ティースには図示しない巻線が巻
かれている。磁石２は円筒になっていて６極に着磁され
ており、１個の円筒であっても、円筒を６分割して瓦形
とした磁石を交互に異極となるよう６個組み合わせたも
のであってもよく、回転子１の表面に固着して円筒にな
っていればよい。ティース先端と磁石２の間の空隙部で
は、磁石２の磁束に固定子３の巻線に供給した電流によ
って生じる磁束が作用し回転子１が回転する。次に本発
明を適用した永久磁石形ＡＣサーボモータ駆動装置につ
いて図２を用いて説明する。図において５はサーボモー
タ、５１はサーボモータ５の回転を検出してパルス列を
発生する回転センサ、５２はＦ／Ｖ変換器、５３は回転
方向判別回路、５４は回転指令と検出した回転信号を受
けて差をとり、位相補償して速度指令を出力する速度制
御器である。７は電流制御部であり、電流制御器７１
と、電流検出器７２、電流検出回路７３、ゲート回路７
４とからなっており、６は３相の主回路である。８はト
ルク脈動補償回路であり、位置検出回路８１と、ＲＯＭ
８２、Ｄ／Ａコンバータ８３、乗算器８４からなってい
る。このような構成において、電流制御部７と３相の主
回路６とで電流制御ループが構成されており、電流検出
器７２がサーボモータ５の３相の電流を検出すると、電
流検出回路７３が電圧信号に変換し、電流制御器７１が
トルク脈動補償回路８の電流指令とフィードバックした
電流検出回路７３の信号を比較して位相補償する。電流
制御器７１の指令を受けたゲート回路７４はパルス信号
に変換して対応する３相の主回路６の各パワー素子にス
イッチング指令を与える。このようにして、トルク脈動
補償回路８の電流指令に応じた電流がモータ５に供給さ
れるのである。この電流制御ループと、サーボモータ
５、回転センサ５１、Ｆ／Ｖ変換器５２、回転方向判別
回路５３、速度制御器５４、トルク脈動補償回路８とで
速度制御ループをなしている。ここで、回転センサ５１
がサーボモータ５の回転速度を検出すると、Ｆ／Ｖ変換
器５２と回転方向判別回路５３の働きで正回転か逆回転
かを判別する信号と、回転速度に対応する信号を出力す
る。回転方向判別回路５３の信号を受けた速度制御器５
４は速度指令とその信号を比較して位相補償する。トル
ク脈動補償回路８では、位置検出回路８１が回転センサ
５１の信号と回転方向判別回路５３の信号を受けると固
定子３に対する回転子１の回転角度位置に対応する信号
を出力し、この信号を受けた３つのＲＯＭ８２は角度に
対応して格納されたデータを払い出し、Ｄ／Ａ変換器８
３を介して基準補正電流ｉＵ０、ｉＶ０、ｉＷ０を出力
する。そして、この３つの信号と速度制御器５４の信号
を乗算して３相の電流指令を得るのである。このよう
に、サーボモータ５の回転を検出すると速度制御器５４
が働いて位相補償し、３相毎に電流指令を与えるので、
サーボモータ５は速度指令に応じた速度で回転するので
ある。ここで、本発明の基礎となるトルク脈動を補償す
る原理について説明する。サーボモータ５のトルクは回
転子１の磁石２が作る磁束密度と、固定子３の励磁電流
の積で表わされる。そして回転子１の表面の磁束密度の
周方向分布と励磁電流が正弦波になっていればトルクは
脈動せず一定になる。しかし、前記磁束密度の分布が正
弦波に対して歪んでいれば、励磁電流が正弦波であって
もトルクに脈動が生じることになる。この場合、前記の
ようにトルクが回転子の磁束密度と励磁電流の積である
ため、励磁電流が、正弦波の磁束密度と歪みを含む磁束
密度の比を正弦波に乗じた波形となるようにすれば、そ
の積であるトルクは脈動がなく一定とすることができ
る。歪みを含む磁束密度は次のようにして測ることがで
きる。固定子３を励磁することなくサーボモータを自由
に回転すると、回転子１の表面に固着した磁石２の磁束
のため固定子３の巻線に誘起電圧が発生する。この誘起
電圧は磁束密度に比例しているのでこの誘起電圧を測る
ことによって間接的に磁束密度を測ることができるので
ある。そこで、回転子１の回転位置に対応して誘起電圧
を計測してＲＯＭに書き込んでおき、永久磁石形ＡＣサ
ーボモータ駆動装置でサーボモータ５を駆動する時は回
転位置に同期して前記ＲＯＭの信号をＤ／Ａ変換器でア
ナログ信号にして補正し、新たに電流指令とすれば脈動
のない一定のトルクを得ることができるのである。 【０００６】 【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、回
転子に円筒の磁石を用いつつ脈動トルクを抑えることが
できるので、従来のように回転子の永久磁石の形状を正
弦波状にしたものに比べて、脈動トルクを抑えつつ大き
なトルクが得られるという効果がある。従ってサーボモ
ータの小形、高効率が可能となるほか、位置決め時間の
短縮ができたり、速度リップルも抑制する効果がある。
さらに汎用される３相インバータを用いることができる
ので小形で安価な装置を提供できる効果がある。 【０００７】
【図面の簡単な説明】
【図１】永久磁石形ＡＣサーボモータの正断面図の一部
【図２】本発明の永久磁石形ＡＣサーボモータ駆動装置
１ 回転子
２ 磁石
３ 固定子
４ スロット
５ サーボモータ
５１ 回転センサ
５２ Ｆ／Ｖ変換器
５３ 回転方向判別回路
５４ 速度制御器
６ ３相の主回路
７ 電流制御部
７１ 電流制御器
７２ 電流検出器
７３ 電流検出回路
７４ ゲート回路
８ トルク脈動補償回路
８１ 位置検出回路
８２ ＲＯＭ
８３ Ｄ／Ａ変換器
８４ 乗算器
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 サーボモータに電流を供給する３相の主回路と、 速度指令と前記サーボモータの回転速度を比較して前記
サーボモータの速度を制御する速度制御器と、 該速度制御器の指令を受けて前記主回路の電流を制御す
る電流制御部とを備え、回転子に永久磁石を含む前記サ
ーボモータの速度を制御する永久磁石形ＡＣサーボモー
タ駆動装置において、 前記サーボモータの回転速度から回転位置を算出する位
置検出回路と、 回転子が１回転する間のトルクが一定となる電流に対応
する信号を回転子の前記回転位置毎に格納したＲＯＭ
と、 Ｄ／Ａ変換器と、 乗算器とからなるトルク脈動補償回路を設け、前記サー
ボモータの回転位置に対応して前記電流制御部の入力信
号を補正することを特徴とする永久磁石形ＡＣサーボモ
ータ駆動装置。 【０００１】
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9047367A JPH10229690A (ja) | 1997-02-14 | 1997-02-14 | 永久磁石形ａｃサーボモータ駆動装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9047367A JPH10229690A (ja) | 1997-02-14 | 1997-02-14 | 永久磁石形ａｃサーボモータ駆動装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10229690A true JPH10229690A (ja) | 1998-08-25 |
Family
ID=12773149
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9047367A Pending JPH10229690A (ja) | 1997-02-14 | 1997-02-14 | 永久磁石形ａｃサーボモータ駆動装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10229690A (ja) |
-
1997
- 1997-02-14 JP JP9047367A patent/JPH10229690A/ja active Pending
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