JPS63234894A - モ−タの制御方法 - 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】 〔目次〕 概要 産業上の利用分野 従来の技術（第６図） 発明が解決しようとする問題点 問題点を解決するための手段（第１図）作用 実施例 （ａ）一実施例の説明 （第２図、第３図、第４図） （ｂ）他の実施例の説明（第５図） （ｃ）別の実施例の説明 発明の効果 〔概要〕 ２相以上の交番電流をモータに与えて駆動制御するモー
タの制御方法において、交番電流にオフセットを付加し
又は相の異なる交番電流間の振幅を異ならせて、モータ
を駆動することによって、モータの構造上の不均一によ
る速度変動、トルクむらを防ぎ、円滑な駆動を実現する
ものである。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、交流モータやステップモータなどのモータを
２相以上の交番電流で駆動制御するモータの制御方法に
関し、特にモータの構造上の不均−があっても、交番電
流の変更によって円滑に駆動しうるモータの制御方法に
関する。

交流（ＡＣ）モータやステップモータは広く駆動源とし
て利用されており、回転形、リニア形の両方がある。

このようなモータは、可動子と固定子を有し、コイルに
２相以上の正弦波又は矩形波等の交番電流を与えること
によって連続駆動される。

係るモータでは、モータの製作誤差や組立誤差があづて
も円滑に駆動できることが望まれている。

〔従来の技術〕

第６図は従来技術の説明図である。

例えば、第６図（Ａ）に示すソーヤ（ＳＡＷＹＥＲ）の
原理によるステップモータを例に説明すると、各々一対
の磁極を有する磁極部１５．１６と永久磁石１４とコイ
ル１２．１３とで構成された第１の部材１０と、多数の
歯を有する第２の部材１１が対向している。

第１の部材１０を固定子とすれば、第２の部材１１は可
動子となり、逆に第１の部材１０を可動子とすれば、第
２の部材１１は固定子となる。この例では４極のリニア
ステップモータを示している。

この磁極部１５．１６の４つの各磁極１５ａ１１５　ｂ
、　１６　ａ、　Ｌ　６　ｂと第２の部材１１の歯部と
は互いに図のように１７４ピツチづつずれて配置されて
いる。

従って、第６図（Ｂ）の如く、コイル１２にＩｏ　ｓｉ
ｎθ（正弦波）、コイル１３にＩｏｃｏｓθ（余弦波）
の交番電流を流すと、コイル１２．１３によって発生す
る各磁極部１５．１６の磁束と永久磁石１４の磁束との
組合わせによる磁束によって、交番電流の１サイクルで
１ピッチ分可動子（例えば１１）が移動するものである
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このようなモータは、可動子１１と固定子１０との間の
磁力によって駆動力を得るものであるから、各磁極１５
ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂと可動子歯部との間に生じ
る磁力が均一であることが望ましい。

しかしながら、一般にモータは、コイル、永久磁石、磁
極等の構成部品自体の製作誤差や、組立誤差がある。

例えば、第６図（Ｃ）に示す如く、磁極部１５の磁極１
５ａ、１５ｂと、第２の部材１１の歯間の距離（ギャッ
プ）ｇｂと、磁極部１６の磁極１６ａ、１６ｂと、第２
の部材１１の歯間の距離βａが異なったり、第６図（Ｄ
）の如く同一の磁極部１５でも磁極１５ａと歯間の距離
ｇｂと磁極１５ｂと歯間の距離１ａが異なることにより
、磁極と歯間に生じる磁力も相違する。これは、磁極部
１５．１６の製作誤差によって生じやすい。

又、コイル１２．１３の発生磁束力の差や永久磁石の不
均一によっても磁力の不均一が生じる。

更に、第６図（Ｅ）の如く、第６図（Ａ）のりニアモー
タ形のものを回転形として、ステータ側を１０とし、ロ
ータ側を１１としてアウターロータモータとした場合に
、ロータ１工の回転中心Ｏ１とステータ１０の回転中心
０２と回転中心のずれによっても磁力の不均一が生ずる
。この原因として、組立誤差による場合と永久磁石１４
ａ、１４ｂの磁力の差によってステータ１０が弾性変形
して偏心する場合がある。

このようなギャップの差、コイル、永久磁石の磁力の差
は、各相の電流をそのまま均等に流すと、トルクむらや
速度変動を引きおこす原因となる。

特に、ギャップ長が５０ミクロン程度となるとこのよう
な差が若干であっても比較的駆動に影響を及ぼすように
なり、これらによってモータの円滑な駆動が困難となり
、これが引き金となって脱調を生じ、モータが停止して
しまうことすら生じるという問題があった。

本発明は、製作誤差等があっても円滑にモータを駆動す
ることのできるモータの制御方法を提供することを目的
とする。

〔問題点を解決するための手段〕

第１図は本発明の原理説明図である。

本発明では、第１図（Ａンに示すように、交番電流にオ
フセットＩｏｓ、Ｉｏｃを与えたものを印加電流とする
又は、第１図（Ｂ）に示す如（２相の交番電流１ｃ、Ｉ
ｓ間の振幅を■Ｏ′、Ｉ。

の如く異ならしめるものであり、第１図（Ａ）の如く両
者を併用してもよい。

〔作用〕

本発明では、第６図（Ｄ）や（Ｅ）の如く、コイルの巻
回された磁極部１５の磁極１５ａ、１５ｂと歯の間のギ
ャップ長に差がある時は、第１図（Ａ）の如くオフセッ
トを与えることによってギャップ長に差があっても磁力
を均一にできる。即ち、ギャップ長の短い磁極は弱い電
流で、ギャップ長の長い磁極は強い電流とすれば、歯と
の間の磁力は均一となり、これには、オフセットを交番
電流に付加すればよい。

又、第６図（Ｃ）の如（、磁極部１５と１６と歯の間の
ギャップ長に差がある時や、コイル１２．１３の発生磁
力に差がある時、永久磁石１４の磁力の不均一がある時
には、第１図（Ｂ）の如くコイル１２．１３に与える交
番電流の振幅に差を与えることによって、磁極と歯間の
磁力を均一にできる。

一般に、このようなギャップ長の差等を生じないように
製作するが、どうしても若干の誤差は生じ、これがギヤ
ツブ長５０ミクロン程度という掻めて微少なギャップ長
のモータでは、通常許容されうる誤差による磁力の不均
一がモータの駆動に影響を与える。

実際のモータでは、これらの総合した誤差を含んでいる
ので、個々のモータ毎にオフセット、振幅のいずれか一
方又は両方を変える必要がある。

〔実施例〕

（ａ）一実施例の説明 第２図は本発明の一実施例モータ構成図である。

図中、第６図で示したものと同一のものは同一の記号で
示してあり、１２ａ、１２ｂは第１のコイルであり、磁
極１５ａ、１５ｂ、１５ａ′、１５ｂ′　（即ち磁極部
１５．１５′）に設けられ、正弦波の印加されるもの、
１３ａ、１３ｂは第２のコイルであり、磁極１６ａ、１
６ｂ、１６ａ’、１６ｂ’　　（即ち磁極部１６．１６
′）に設けられ、余弦波の印加されるもの、１４ａ乃至
１４ｄは永久磁石であり、磁極１５ｂと１６ａ、１６ｂ
と１５ａ′、１５ｂ’と１６ａ′、１６ｂ′と１５ａと
の間に設けられるもの、１７は軸である。

このモータは、第６図と同様ソーヤの原理を用いた回転
型ステップモータであり、内側がステータ１０で、外側
がロータ１１のアウターロータ型のものである。

そして、ステータ１０は軸１７の回りに第６図の４極の
磁極構成のものを一対直列に設けた８極の２相ステツプ
モータである。

即ち、軸１７の回りに磁極１５ａ、第１のコイル１２ａ
、磁極１５ｂ、永久磁石１４ａ、磁極１６　ａ　ｓ第２
のコイル１３ａ、、磁極１６ｂ、永久磁石１４ｂ１磁極
１５ａ　’、第１のコイル１２ｂ２磁極１５ｂ’、永久
磁石１４Ｃ１磁極１６ａ′、第２のコイル１３ｂ、磁極
１６ｂ’、永久磁石１４ｄを設けたものである。

又、各磁極１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂ。

１５ａ′、１５ｂ′、１６ａ′、１６ｂ′の先端は図の
如く多数の磁極に分割されており、図では示していない
が、ロータ１１の内側に分割磁極に対応して第６図の様
な歯が形成されている。

そして、第６図と同様、磁極１５ａ、１５ａ’はロータ
１１の歯に対し同相、他の磁極１５ｂ、１５ｂ′、１６
ａ、１６ａ’、１６ｂ、１６ｂ’は各々１／４ピツチ（
９０°）づつ歯の位相がずれている。

従って、第６図と同様に第１のコイル１２ａ、１２ｂに
サイン波を、第２のコイル１３ａ、１３ｂにコサイン波
を流すと、ロータ１１が回転することになる。

第３図は本発明のための一実施例ブロック図、第４図は
第３図のメモリの説明図である。

図中、第６図で示したものと同一のものは同一の記号で
示してあり、２０はパルス発生器であり、与えられた目
標速度ｖｃを目標速度ＶＣに比例する周波数のパルス列
に変換するものであり、タイマや可変周波数パルス発振
器で構成されるもの、２１はアップ／ダウン（Ｕ／Ｄ）
カウンタであり、パルス発生器２０からのパルス列を計
数し、その計数値をアドレスとして出力するもの、２２
はサインメモリであり、各アドレスに順次第４図（Ａ）
に示すサインの１周期分を適当な間隔で分割してその波
高値をデジタル値で格納しておくもの、２３はコサイン
メモリであり、各アドレスに順次第４図（Ｂ）に示すコ
サインの１周期分を適当な間隔で分割してその波高値を
デジタル値格納しておくもの、２４ａ、２４ｂは各々デ
ジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）コンバータであり、各々サ
インメモリ２２、コサインメモリ２３の出力をアナログ
に変換するもの、２５ａ、２５ｂは各々パワーアンプで
あり、各々Ｄ／Ａコンバータ２４ａ、２４ｂのアナログ
出力（サイン波、コサイン波）を増幅し、モータ１の第
１のコイル１２ａ、１２ｂ１第２のコイル１３ａ、１３
ｂに入力するものである。

この例では、予め別途モータ１をサイン波、コサイン波
で駆動しながら、オフセットを変え、又振幅を変えて、
最適なオフセント及び振幅を求めて、これに応じた第１
図（Ａ＞の如き、オフセット、振幅を持つサイン波、コ
サイン波をメモリ２２．２３に格納しておく。

又、回転方向によって、オフセットの方向も逆転し、最
適振幅も変化するので、正回転用と逆回転用のサイン波
、コサイン波をメモリ２２．２３に格納し、回転方向ｒ
によって選択できるようにしておく。

この実施例の動作を説明すると、回転方向ｒと目標速度
ｖｃが与えられると、パルス発生器２０は目標速度ｖｃ
に比例した周波数のパルス列を発生しカウンタ２１に出
力する。カウンタ２１はパルス列をカウントし、その計
数値をアドレスとして両メモリ２２．２３に出力する。

メモリ２２．２３には回転方向ｒが入力されているので
、正回転なら、最適のオフセット及び振幅設定された正
回転用サイン波及びコサイン波のデジタル値をアドレス
に従って出力する。

このメモリ２２．２３の出力は各々Ｄ／Ａコンバータ２
４ａ、２４ｂでアナログに変換され、設定されたオフセ
ット及び振幅を持つサイン波、コサイン波を生成し、パ
ワーアンプ２５ａ、２５ｂを介しモータ１の第１のコイ
ル１２ａ、１２ｂ、第２のコイル１３ａ、１３ｂに印加
する。

従って、モータ１は第２図で説明した如く、種々の誤差
があっても、オフセットや振幅で打ち消され、円滑に正
回転する。

又、逆回転指令が回転方向ｒによって与えられれば、逆
回転用に最適のオフセット及び振幅設定されたサイン波
、コサイン波のデジタル値がメモリ２２．２３より読み
出され、モータ１は円滑に逆回転する。

この時、パルス発生器２０は目標速度ｖｃに比例した周
波数のパルス列を発生するから、出力されるサイン波、
コサイン波の周期も目標速度ｖｃに比例し、モータ１の
速度制御が行われる。

このようにして、モータ１の最適なオフセット及び振幅
を求め、これに応じてサイン波、コサイン波を変更し、
メモリ２２．２３に格納しておけば、モータ１の製作誤
差、組立誤差があってもこれを打ち消し、円滑に回転さ
せることができる。

（ｂ）他の実施例の説明 第５図は本発明のための他の実施例ブロック図である。

図中、第３図で示したものと同一のものは同一の記号で
示してあり、３は速度検出器であり、タコジェネレータ
等で構成され、モータ１の実速度ｖｒを検出するもの、
２６は速度誤差算出部であり、目標速度ｖｃと検出した
実速度ｖｒとの差をとって速度誤差ΔＶを得るもの、２
７はオフセット及び振幅算出部であり、速度誤差△Ｖか
ら速度誤差△Ｖが零となるようなオフセット値１ｏｓ、
Ｉｏｃ及び振幅係数ｋｇ、ｋｃを求めるもの、２８ａ、
２８ｂは各々乗算器であり、各々メモリ２２．２３から
の出力（サイン値、コサイン値）に求めた振幅係数ｋｓ
ＳｋＣを乗算するもの、２９ａ、２９ｂは各々加算器で
あり、乗算器２８ａ。

２８ｂの出力に求めたオフセント値１ｏｓ、Ｉ。

Ｃを加算するものである。

この例では、メモリ２２．２３には各々基準となる（例
えば振幅「１」）のサイン波、コサイン波が第４図の如
く格納されている。

従って目標速度ｖｃはパルス発生器２０で、ＶＣに比例
する周波数のパルス列に変換され、パルス列はカウンタ
２１で計数され、計数値はメモリ２２．２３のアドレス
となる。

メモリ２２．２３は基準のサイン波、コサイン波が出力
され、乗算器２８ａ、２８ｂに入力する。

一方、モータ１の回転速度ｖｒは速度検出器３で検出さ
れ、速度誤差算出部２６が目標速度ｖｃと検出回転速度
ｖｒとの差ΔＶを求め、オフセット及び振幅算出部２７
へ与える。

オフセット及び振幅算出部２７は、サイン波、コサイン
波に対する修正データであるオフセット値１ｏｓ、、ｌ
ｏｃ、振幅係数ｋｓ、ｋｃを求める。

例えば、オフセット値１ｏｓ、Ｉｏｃ、振幅係数ｋｓ、
ｋｃを順次変化し、速度誤差△Ｖの変化を監視して、速
度誤差△Ｖが零となるようなオフセント値、振幅係数を
試行錯誤的に求める。

この振幅係数ｋｓＳｋｃは各々乗算器２８ａ、２８ｂに
与えられ、各々メモリ２２．２３の出力に乗じられ、振
幅を変化し、更にオフセット値Ｉｏｓ、Ｉｏｃは各々加
算器２９ａ、２９ｂに与えられ、乗算器２８ａ、２８ｂ
の出力に加算され、オフセントが加えられ、Ｄ／Ａコン
バータ２４ａ、２４ｂに出力される。

Ｄ／Ａコンバータ２４ａ、２４ｂの出力はパワーアンプ
２５ａ、２５ｂで増幅され、モータ１のコイル１２ａ、
１２　ｂ、　１３　ａ、　１３　ｂに与えられる。

即ち、速度誤差ΔＶが零となる、即ち円滑に回転できる
オフセット値、振幅を持つサイン波、コサイン波が得ら
れる。

このようにすることによって、最適なオフセット値や振
幅が自動的に得られ、第３図の実施例の様なモータの測
定とメモリデータの作成が必要となくなる。これととも
に、回転速度によってモータの慣性力の差が生じ、オフ
セット値を変更する必要がある場合でも、常に最適のオ
フセット得られる。

即ち、モータへの電流指令値を自己修正できることにな
る。

（Ｃ）別の実施例の説明 上述の実施例では、アウターロータの回転型ステップモ
ータを例に説明したが、インナーロータのものでも、リ
ニア型ステップモータ、交流モータ等の他多相モータに
も適用でき、交番電流もサイン波、コサイン波に限らず
矩形波であってもよく、相数も２に限らず、３相以上の
ものにも適用できる。

又、第３図の実施例において、速度に応じて異なるオフ
セット値や振幅を持つサイン波、コサイン波をメモリ２
２．２３に格納し、速度に応じ選択してもよく、メモリ
２２．２３をランダムアクセスメモリで構成し、ＣＰＵ
がメモリ２２．２３の内容を書き替えるようにしてもよ
い。

以上本発明を実施例により説明したが、本発明は本発明
の主旨に従い種々の変形が可能であり、本発明からこれ
らを排除するものではない。

〔発明の効果〕

以上説明した様に、本発明によれば、モータに製作上、
組立上の誤差があっても、これを打ち消すようにオフセ
ット又は振幅のいずれか一方又は両方が交番電流に付加
されるので、係る誤差を打ち消し、トルクむらがなく且
つ速度誤差の少ない円滑な駆動を可能とするという効果
を奏し、掻めて精度の要求されるモータに誤差があって
も円滑に駆動できる。従って、モータの製造コストも安
価となるという効果も奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明図、 第２図は本発明のための一実施例モータ構成図、第３図
は本発明のための一実施例ブロック図、第４図は第３図
のメモリの内容説明図、第５図は本発明のための他の実
施例ブロック図、第６図は従来技術の説明図である。 図中、　　１・・−モータ、　　　１０・・−固定子、
１１・・・可動子、　　　１２．１３・−コイル。 特許出願人　　　富士通株式会社 代理人弁理士　　山　谷　晧　榮 （Ａ） （Ｂ） 第１図 モータの構成図 第２図 メ七ソＱ内各説明図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ２相以上の交番電流をモータ（１）に与えて駆動制御す
   るモータの制御方法において、 前記交番電流にオフセットを付加し、 又は前記相の異なる交番電流間の振幅を異ならせて、 該モータ（１）に与えることを 特徴とするモータの制御方法。