KR101011118B1

KR101011118B1 - 서보 모터에 있어서의 전류 제어 방법, 전류 제어 프로그램, 기록 매체, 서보 모터 및 사출 성형기

Info

Publication number: KR101011118B1
Application number: KR1020090039979A
Authority: KR
Inventors: 다까미찌 이또; 쥰 후지따
Original assignee: 도시바 기카이 가부시키가이샤
Priority date: 2008-05-09
Filing date: 2009-05-08
Publication date: 2011-01-25
Also published as: CN101577523B; KR20090117642A; JP2009273291A; JP5265962B2; US20090278482A1; US8174218B2; CN101577523A

Abstract

전압 포화의 발생을 방지하기 위해 d축 전류를 흘리는 전류 제어 방법으로서, d축 전류(Id)=-｜Idmax｜·sinθ로 규정하고, 각 전압 지령값과 전압 지령값 임계값(Vo)의 비교를 소정 주기로 계속적으로 행하고, 시간적으로 직전의 소정 횟수(No회분)의 비교 결과를 추출하여 각 전압 지령값 중 적어도 1개가 전압 지령값 임계값(Vo)을 초과한 횟수(N)가 설정한 정수(Nb) 이하일 경우 위상각을 θ=0°로 하고, 횟수(N)가 정수(Nb)를 초과하고 있는 경우 횟수(N)가 클수록 상기 위상각(θ)을 크게 한다.

전압 포화, 전류 제어, 위상각, 소정 주기, 전압 지령값

Description

서보 모터에 있어서의 전류 제어 방법, 전류 제어 프로그램, 기록 매체, 서보 모터 및 사출 성형기 {SERVOMOTOR CURRENT CONTROL METHOD, CURRENT CONTROL PROGRAM, RECORDING MEDIUM, SERVOMOTOR, AND INJECTION MOLDING MACHINE}

본 발명은, 서보 모터에 있어서의 전류 제어 방법, 전류 제어 프로그램, 기록 매체, 서보 모터 및 사출 성형기에 관한 것이다. 상세하게는, dq 변환을 실시한 서보 모터의 전기자에 d축 전류를 흘림으로써 전기자에 있어서의 전압 포화의 발생을 방지하기 위한 전류 제어 방법, 전류 제어 프로그램, 기록 매체, 서보 모터 및 사출 성형기에 관한 것이다.

종래, 서보 모터의 전기자에 있어서의 전압 포화의 발생을 방지하기 위해, d축 방향을 계자속의 방향으로 하는 dq 변환을 실시한 전기자에 d축 전류(Id)를 흘리는 것이 행해지고 있다[예를 들어, 문헌1:일본 특허 출원 공개 평9-84400호 공보(제2 내지 제4 페이지, 도 2, 도 9) 참조]. 서보 모터에 있어서는, q축 전류(Iq)가 토크를 발생시키기 위한 유효 전류인 것에 대해, d축 전류(Id)는 토크의 발생에 기여하지 않는 무효 전류이다. 그러나, 무효 전류인 d축 전류(Id)를 흘림으로써, 전기자에 발생하는 역기전력의 영향을 저감시켜 전압 포화의 발생을 방지 할 수 있으므로, 보다 큰 q축 전류(Iq)를 흘릴 수 있게 되어, 전류·토크 제어를 안정되게 행할 수 있게 된다.

이것은, 문헌1의 도 2 및 도 9에 잘 도시되어 있다. 이들 도면은 전기자 전압을 d축 전압(Vd) 및 q축 전압(Vq)의 직교 2성분으로 나누어 표시한 것이다. d축 전압(Vd)과 q축 전압(Vq)의 벡터 합이 전기자에 인가되는 총 전기자 전압에 상당한다. 상기 각 도면 중에 도시되어 있는 원은 링크 전압을 의미하고 있으며, 총 전기자 전압의 상한을 규정하는 것이다. 따라서, 총 전기자 전압 벡터의 선단부가 링크 전압원의 내부에 들어가 있으면, 상기 각 도면의 표시에 따라 원하는 전기자 전압을 전기자에 인가할 수 있으나, 반대로 총 전기자 전압 벡터의 선단부가 링크 전압원의 외부로 나와 버리면 전압 포화가 발생하여 상기 각 도면의 표시에 따르는 원하는 전기자 전압이 전기자에 인가되지 않기 때문에, 토크 발생을 위한 원하는 q축 전류(Iq)를 전기자에 흘릴 수 없게 되어 버린다.

그런데, 상기 각 도면에 있어서 +q축 방향의 벡터인 역기전력(E)은 구체적으로는 동기형 서보 모터에 관한 공지의 식, E=ω·Φ,로 표현된다. 여기서, ω는 서보 모터의 회전 각속도, Φ는 전기자 권선에 쇄교하는 총 자속이다(이하, 특별히 언급하지 않는 한, ω≥0, Φ≥O,이라는 가정 하에서 설명한다).

역기전력(E)(=ω·Φ)는 ω에 비례하므로 고속 회전 시에는 커진다. 상기 도 9에 있어서, 고속 회전 시에 역기전력 벡터(E)가 커지면 그 선단부가 링크 전압 원의 주연에 근접하기 때문에, 큰 q축 전류(Iq)를 흘릴 수 없게 되어 버린다. 왜냐하면, q축 전류(Iq)를 크게 하면 상기 도 9에서 R·Iq로서 표시되는 +q축 방향(E와 동일 방향)의 구동 전압 벡터가 길어져, E+R·Iq의 벡터 합의 선단부가 링크 전압원의 외부로 나와 버려 전압 포화가 발생되어 버리기 때문이다.

그러나, 여기서 상기 도 2와 같이 d축 전류(Id)(≤0)를 흘리면 문제는 해소된다. d축 전류(Id)를 흘림으로써, 역기전력 벡터(E)와 역방향(-q축 방향)의 상쇄 전압 벡터-ω·L·｜Id|를 발생시킬 수 있기 때문이다. -q축 방향의 상쇄 전압 벡터가 부가됨으로써 +q축 방향의 구동 전압 벡터 R·Iq를 길게 했다고 해도, 이들 벡터 합으로서의 총 전기자 전압 벡터의 선단부를 링크 전압원 내에 머물게 하는 것이 가능하게 된다. 따라서, d축 전류(Id)를 흘리면, 고속 회전 시에도 큰 q축 전류(Iq)를 계속하여 흘릴 수 있어 안정되고 큰 토크(∝Iq)를 계속하여 발생시킬 수 있다.

또한, d축 전류(Id)에 의해 전압 포화를 방지하는데 있어서, 전기자 권선으로의 전압 지령값에 기초하여 d축 전류(Id)의 크기를 제어하여 여분의 d축 전류(Id)를 흘리는 일 없이 적확하게 전압 포화의 발생을 방지할 수 있는 전류 제어 방법이 알려져 있다(예를 들어, 문헌2:일본 특허 출원 공개 제2007-151294호 공보 참조).

문헌1의 서보 모터에서는, 역기전력(E)(=ω·집합)이 회전 각속도(ω)에 비례하는 것을 감안하여, d축 전류(Id)를 회전 각속도(ω)만의 1변수 함수로서 정의하고, 회전 각속도(ω)가 커질수록 마이너스 방향으로 커지는 d축 전류(Id)를 흘림 으로써 전압 포화의 발생을 방지하고 있다[이하, d축 전류(Id)는 마이너스 방향인 것으로 하여 「마이너스 방향으로 크다」를 「크다」로 기재하고, 「마이너스 방향으로 작아진다」를 「작아진다」로 간략적으로 기재한다].

문헌1의 서보 모터에서는, 고속 회전 시(ω:대)이면 항상 큰 d축 전류(Id)가 흘려진다. 그러나, 고속 회전 시에도, 예를 들어 서보 모터에 가해지는 부하가 작을 경우에는 발생시키는 토크가 작아도 되므로, q축 전류(Iq)(∝ 토크)를 작게 할 수 있다. 그러면, 상기 도 9에 있어서, 구동 전압 벡터 R·Iq를 짧게 할 수 있으므로, 비록 고속 회전 시에 역기전력(E)이 커져도 이들 벡터 합으로서의 총 전기자 전압 벡터의 선단부를 링크 전압원 내에 머물게 하는 것이 가능하여, 전압 포화는 발생하기 어려워진다. 이 때문에, 전압 포화의 발생을 방지하기 위한 상쇄 전압 벡터-ω·L·｜Id｜도 작게 할 수 있으므로, 이 경우는 큰 d축 전류(Id)를 흘릴 필요는 없다. 이와 같이, 고속 회전 시에도, 문헌1의 서보 모터와 같이 전압 포화의 발생을 방지하기 위하여 항상 큰 d축 전류(Id)를 계속하여 흘릴 필요는 없고, 오히려 문헌1의 서보 모터에서는 원래 흘릴 필요가 없는 여분의 d축 전류(Id)를 계속하여 흘림으로써 원래 발생시키지 않아도 되는 여분의 열이 계속 발생되어 서보 모터의 보수 관리상 추가적인 보상 조치를 강구할 필요가 발생하거나, 서보 모터의 에너지 효율이 악화되거나 하는 여러 문제가 발생해 버린다.

또한, 문헌1의 서보 모터에서는, 저속 회전 시(ω:소)이면, 흘려지는 d축 전류(Id)는 작다. 그러나, 저속 회전 시에도, 예를 들어 서보 모터에 가해지는 부하가 클 경우에는 발생시키는 토크를 크게 해야 하므로 q축 전류(Iq)(∝ 토크)를 크 게 해야 한다. 그러면 상기 도 9에 있어서, 구동 전압 벡터 R·Iq가 길어지므로, 비록 저속 회전 시에 역기전력(E)이 작아도 이들 벡터 합으로서의 총 전기자 전압 벡터의 선단부를 링크 전압원 내에 머물게 하는 것이 곤란해져, 전압 포화가 발생하기 쉬워진다. 이 경우, 전압 포화의 발생을 방지하기 위해서는, 상쇄 전압 벡터-ω·L·｜Id｜를 크게 할 필요가 있으나, 문헌1의 서보 모터에서는 저속 회전 시에는 작은 d축 전류(Id)만 흘려지므로, 상쇄 전압 벡터는 작아, 전압 포화의 발생을 방지하는데 충분하지 않다.

이상과 같이, 문헌 1의 서보 모터에서는 회전 각속도(ω)에 따라 d축 전류(Id)의 크기를 정하고 있기 때문에, 고속 회전 시에는 여분의 d축 전류(Id)를 흘려 버릴 우려가 있으며, 저속 회전 시에는 전압 포화의 발생을 적확하게 방지할 수 없을 우려가 있다.

한편, 문헌2의 서보 모터에서는 d축 전류(Id), q축 전류(Iq)를, 전기자를 흐르는 총 전류(I), 위상각(θ)(0°≤θ≤90°)에 의해, Id=-｜I｜·sinθ, Iq=I·cosθ로 규정하고, 위상각(θ)을, 각 상의 전기자 권선에 인가하는 전기자 전압의 지령값인 각 전압 지령값에 기초하여 제어한다.

이러한 문헌2의 서보 모터에서는 회전 각속도(ω)에 의하지 않고 전압 지령값에 기초하여 d축 전류(Id)를 규정하므로, 고속 회전 시에도 여분의 d축 전류(Id)를 흘리는 일 없이 전압 포화를 방지할 수 있다.

그러나, 문헌2에서는 소정 기간 내에 전압 지령값이 전압 지령값 임계값(Vo)을 초과한 경우 반드시 d축 전류(Id)를 흘리고 있었다. 전압 지령값이 전압 지령 값 임계값(Vo)을 초과한다고 해도 반드시 전압 포화가 발생한다고는 할 수 없기 때문에, 문헌2에 기재된 서보 모터에서도 여분의 d축 전류를 흘려 버릴 우려가 있었다.

본 발명의 주목적은, 여분의 d축 전류(Id)를 흘리는 일 없이 적확하게 전압 포화의 발생을 방지할 수 있는 전류 제어 방법, 전류 제어 프로그램, 기록 매체, 서보 모터 및 사출 성형기를 제공하는 것이다.

본 발명의 전류 제어 방법은, 계자와, 다상의 전기자 권선을 갖는 전기자를 구비하는 서보 모터에 있어서, 상기 계자에 의해 발생되는 계자속과, 각 상의 상기 전기자 권선에 전기자 전압을 인가함으로써 발생되는 전기자 자속의 상호 작용에 기초하여 상기 계자 및 상기 전기자의 상대 회전 동력을 발생시킬 때에, 상기 전기자에 있어서의 전압 포화의 발생을 방지하기 위해, d축 방향을 상기 계자속의 방향으로 하는 dq 변환을 실시한 상기 전기자에 d축 전류를 흘리는 전류 제어 방법으로서, 위상각(θ)(0°≤θ≤90°)을 결정하는 위상각 결정 과정과, 상기 전기자에 흘리는 상기 d축 전류의 크기를 결정하는 d축 전류 규정 과정을 구비하고, 상기 위상각 결정 과정에서는, 상기 전기자에 있어서 전압 포화를 발생시키는 일 없이 각 상의 상기 전기자 권선에 인가하는 것이 가능한 최대 전기자 전압(Vmax)보다도 작은 소정의 전압 지령값 임계값(Vo)을 설정하여 각 상의 상기 전기자 권선에 인가하는 전기자 전압의 지령값인 각 전압 지령값과 상기 전압 지령값 임계값(Vo)의 비교를 소정 주기로 계속적으로 행하여 상기 소정 주기로 계속적으로 얻어지는 비교 결과 중, 시간적으로 직전의 소정 횟수(No회분)의 비교 결과를 추출하여 당해 소정 횟수(No회분)의 비교 결과 중 상기 각 전압 지령값 중 적어도 1개가 상기 전압 지령값 임계값(Vo)을 초과한 횟수(N)가 상기 소정 횟수(No) 미만으로 설정한 정수(Nb) 이하일 경우 상기 위상각을 θ=0°로 하고, 상기 횟수(N)가 상기 정수(Nb)를 초과하고 있는 경우 상기 횟수(N)가 클수록 상기 위상각(θ)을 크게 하고, 상기 d축 전류 규정 과정에서는, 상기 위상각 결정 과정에 의해 결정된 위상각(θ)을 사용하여, q축 전류(Iq)를 하기 수학식 1, d축 전류(Id)를 하기 수학식 2에 의해 규정하는 것을 특징으로 한다.

[수학식 1]

[수학식 2]

(상기 수학식 1 중 I는 상기 d축 전류를 흘리지 않는 경우의 상기 전기자로의 q축 전류 지령값을 나타낸다. 상기 수학식 2 중 Idmax는 임의로 설정할 수 있는 최대 d축 전류를 나타낸다.)

본 발명의 전류 제어 방법에서는, 위상각 결정 과정 및 d축 전류 규정 과정을 실시하여 d축 전류(Id)를 제어한다.

d축 전류 규정 과정에서는 d축 전류(Id)를 상기 수학식 2에 의해 규정한다.

상기 수학식 2에 있어서, θ=0°일 때에는 Id=0으로 되어 d축 전류(Id)가 흘 려지지 않고, θ≠0°(0°<θ≤180°)일 때에는 Id<0으로 되어 d축 전류(Id)가 흘려진다. 그리고, 위상각(θ)이 커지면 d축 전류(Id)는 (마이너스 방향으로) 커져 전압 포화의 발생을 방지하기 위한 상쇄 전압 벡터가 커진다.

한편, 위상각 결정 과정에서는 각 상의 전기자 권선에 인가하는 각 전압 지령값의 과거의 값에 기초하여 위상각(θ)을 결정한다.

구체적으로는, 각 상으로의 각 전압 지령값과 전압 지령값 임계값(Vo)의 비교를 주기적으로 행하여 시간적으로 직전의 소정 횟수(No회분)의 비교 결과에 기초하여 위상각(θ)을 제어한다.

각 회의 비교 결과는 「각 전압 지령값 모두가 전압 지령값 임계값(Vo)을 초과하고 있지 않다」(전압 포화가 발생할 가능성이 낮다)는 것과, 「각 전압 지령값 중 적어도 1개가 전압 지령값 임계값(Vo)을 초과하고 있다」(전압 포화가 발생할 가능성이 높은)라는 것으로 2분된다.

추출된 소정 횟수(No회분)의 비교 결과 중, 「각 전압 지령값 중 적어도 1개가 전압 지령값 임계값(Vo)을 초과하고 있다」(전압 포화가 발생할 가능성이 높다)라는 비교 결과의 수를 횟수(N)로 한다.

위상각 결정 과정에서는, 이 횟수(N)가 소정 횟수(No) 미만으로 설정한 정수(Nb) 이하일 경우 위상각을 θ=0°로 하고, 횟수(N)가 상기 정수(Nb)를 초과하고 있는 경우 횟수(N)가 클수록 위상각(θ)을 크게 한다.

즉, 횟수(N)가 정수(Nb) 이하이며, 각 전압 지령값이 전압 지령값 임계값(Vo)을 초과하고 있는 빈도가 작을 경우에는 전압 포화가 발생할 가능성이 낮으 므로, θ=0°로 하여 d축 전류(Id)를 흘리지 않는다.

반대로, 횟수(N)가 정수(Nb)를 초과하고, 각 상으로의 각 전압 지령값이 전압 지령값 임계값(Vo)을 초과하고 있는 빈도가 높을 경우에는 전압 포화가 발생할 가능성이 있으므로, d축 전류(Id)를 흘린다. 이때, 횟수(N)가 클수록 전압 포화가 발생하기 쉬우므로 횟수(N)에 따라 위상각(θ)을 크게 한다.

이와 같이, 본 발명의 전류 제어 방법에서는, 전기자에 있어서의 전압 포화의 발생과 직접적으로 관계되는 각 상의 전기자 권선으로의 각 전압 지령값에 기초하여 전압 포화가 발생할 것 같은 경우에 한하여 필요 최소한의 d축 전류(Id)를 흘릴 수 있으므로, 여분의 d축 전류(Id)를 흘리는 일 없이 적확하게 전압 포화의 발생을 방지할 수 있다.

본 발명의 전류 제어 방법에서는 상기 최대 d축 전류(Idmax)는, 상기 전기자의 허용 최대 전류값을 Imax로 했을 때 I<Idmax≤Imax의 관계를 만족하는 것이 바람직하다.

문헌2에 기재된 서보 모터에서는, 전기자의 총 전류(I)에 기초하여 d축 전류(Id)를 규정하므로, 총 전류(I)가 작을 경우에는 d축 전류(Id)가 작아져, 전압 포화를 방지할 수 없는 경우가 있었다.

이에 대해 본 발명에서는, 전기자의 총 전류(I)보다 큰 최대 d축 전류(Idmax)에 기초하여 d축 전류(Id)를 규정하므로, 총 전류(I)가 작은 경우에도 전압 포화를 방지할 수 있다.

본 발명의 전류 제어 방법에서는, 상기 최대 d축 전류(Idmax)는 상기 허용 최대 전류값(Imax)과 동일한 것이 바람직하다.

이와 같은 구성에 따르면 d축 전류를 최대로 허용 최대 전류값(Imax)까지 크게 할 수 있어 q축 전류(Iq)를 크게 하여 높은 토크를 얻는 것이 가능해진다.

본 발명의 전류 제어 방법에 있어서, 상기 위상각 결정 과정에서는 상기 위상각(θ)의 최대값(θmax)(0°<θmaX≤90°)을 설정하여 상기 횟수(N)가 상기 정수(Nb)를 초과하고 있는 경우 θ={(N-Nb)/(No-Nb)}·θmax로 하는 것이 바람직하다.

이와 같은 구성에 따르면, 횟수(N)가 정수(Nb) 이하일 때는 위상각을 θ=0°로 하고, 횟수(N)가 정수(Nb)를 초과할 때는 횟수(N)가 클수록 위상각(θ)을 크게 할 수 있다.

본 발명의 전류 제어 프로그램은, 계자와, 다상의 전기자 권선을 갖는 전기자를 구비하는 서보 모터에 내장된 컴퓨터에 있어서, 상기 계자에 의해 발생되는 계자속과, 각 상의 상기 전기자 권선에 전기자 전압을 인가함으로써 발생되는 전기자 자속의 상호 작용에 기초하여 상기 계자 및 상기 전기자의 상대 회전 동력을 발생시킬 때에, 상기 전기자에 있어서의 전압 포화의 발생을 방지하기 위해 d축 방향을 상기 계자속의 방향으로 하는 dq 변환을 실시한 상기 전기자에 d축 전류를 흘리는 전류 제어 프로그램으로서, 상기 컴퓨터에 위상각(θ)(0°≤θ ≤90°)을 결정하는 위상각 결정 과정과, 상기 전기자에 흘리는 상기 d축 전류의 크기를 결정하는 d축 전류 규정 과정을 실시시켜, 상기 위상각 결정 과정에서는, 상기 전기자에 있어서 전압 포화를 발생시키는 일 없이 각 상의 상기 전기자 권선에 인가하는 것이 가능한 최대 전기자 전압(Vmax)보다도 작은 소정의 전압 지령값 임계값(Vo)을 설정하여, 각 상의 상기 전기자 권선에 인가하는 전기자 전압의 지령값인 각 전압 지령값과 상기 전압 지령값 임계값(Vo)의 비교를 소정 주기로 계속적으로 행하여 상기 소정 주기로 계속적으로 얻어지는 비교 결과 중 시간적으로 직전의 소정 횟수(No회분)의 비교 결과를 추출하여 당해 소정 횟수(No회분)의 비교 결과 중, 상기 각 전압 지령값 중 적어도 1개가 상기 전압 지령값 임계값(Vo)을 초과하고 있던 횟수(N)가 상기 소정 횟수(No) 미만으로 설정한 정수(Nb) 이하인 경우 상기 위상각을 θ=0°로 하고, 상기 횟수(N)가 상기 정수(Nb)를 초과하고 있는 경우 상기 횟수(N)가 클수록 상기 위상각(θ)을 크게 하고, 상기 d축 전류 규정 과정에서는 상기 위상각 결정 과정에 의해 결정된 위상각(θ)을 사용하여, q축 전류(Iq)를 하기 수학식 1, d축 전류(Id)를 하기 수학식 2에 의해 규정하는 것을 특징으로 한다.

[수학식 1]

[수학식 2]

(상기 수학식 1 중 I는 상기 d축 전류를 흘리지 않을 경우의 상기 전기자로의 q축 전류 지령값을 의미한다. 상기 수학식 2 중 Idmax는 임의로 설정할 수 있는 최대 d축 전류를 나타낸다.)

본 발명의 기록 매체는, 상기 전류 제어 프로그램이 기록되어, 서보 모터에 내장된 컴퓨터에 의해 판독 가능한 것을 특징으로 한다.

이상과 같은 전류 제어 프로그램 및 기록 매체는, 전술한 본 발명의 전류 제어 방법을 실시하기 위하여 이용되므로, 본 발명의 전류 제어 방법과 동일한 각 작용·효과를 발휘할 수 있다.

본 발명의 서보 모터는 계자와, 다상의 전기자 권선을 갖는 전기자와, 이들을 제어하는 제어부를 구비하고, 상기 계자에 의해 발생되는 계자속과, 각 상의 상기 전기자 권선에 전기자 전압을 인가함으로써 발생되는 전기자 자속의 상호 작용에 기초하여 상기 계자 및 상기 전기자의 상대 회전 동력을 발생시킬 때에, 상기 전기자에 있어서의 전압 포화의 발생을 방지하기 위해 d축 방향을 상기 계자속의 방향으로 하는 dq 변환을 실시한 상기 전기자에 d축 전류를 흘리는 서보 모터로서, 상기 d축 전류의 크기를 결정하는 연산기를 구비하고, 상기 연산기는 위상각(θ)(O°≤θ≤90°)을 결정하는 위상각 결정 과정과, 상기 전기자에 흘리는 상기 d축 전류의 크기를 결정하는 d축 전류 규정 과정을 실시하고, 상기 위상각 결정 과정에서는 상기 전기자에 있어서 전압 포화를 발생시키는 일 없이 각 상의 상기 전기자 권선에 인가하는 것이 가능한 최대 전기자 전압(Vmax)보다도 작은 소정의 전압 지령값 임계값(Vo)을 설정하여, 각 상의 상기 전기자 권선에 인가하는 전기자 전압의 지령값인 각 전압 지령값과 상기 전압 지령값 임계값(Vo)의 비교를 소정 주기로 계속적으로 행하여 상기 소정 주기로 계속적으로 얻어지는 비교 결과 중 시간적으로 직전의 소정 횟수(No회분)의 비교 결과를 추출하여, 당해 소정 횟수(No회분)의 비교 결과 중, 상기 각 전압 지령값 중 적어도 1개가 상기 전압 지령값 임계값(Vo)을 초과하고 있던 횟수(N)가 상기 소정 횟수(No) 미만으로 설정한 정수(Nb) 이하일 경우 상기 위상각을 θ=0°로 하고, 상기 횟수(N)가 상기 정수(Nb)를 초과하고 있는 경우 상기 횟수(N)가 클수록 상기 위상각(θ)을 크게 하고, 상기 d축 전류 규정 과정에서는 상기 위상각 결정 과정에 의해 결정된 위상각(θ)을 사용하여, q축 전류(Iq)를 하기 수학식 1, d축 전류(Id)를 하기 수학식 2에 의해 규정하는 것을 특징으로 한다.

[수학식 1]

[수학식 2]

(상기 수학식 1 중 I는 상기 d축 전류를 흘리지 않는 경우의 상기 전기자로의 q축 전류 지령값을 의미한다. 상기 수학식 2 중 Idmax는 임의로 설정할 수 있는 최대 d축 전류를 나타낸다.)

이상과 같은 서보 모터는, 전술한 본 발명의 전류 제어 방법을 실시하기 위한 구성을 구비하고 있으므로, 본 발명의 전류 제어 방법과 동일한 각 작용·효과를 발휘할 수 있다.

또한, 제어부로서는 상술한 전류 제어 프로그램을 실시할 수 있는 컴퓨터를 들 수 있다. 또한, 제어부는 컴퓨터에 한하지 않고, 상술한 전류 제어 방법을 실 시할 수 있는 것이면 되고, 예를 들어 서보 앰프나 서보 컨트롤러 등이어도 된다.

본 발명의 사출 성형기는 상술한 서보 모터를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.

이러한 사출 성형기에서는 상술한 서보 모터를 구비하므로, 여분의 d축 전류(Id)를 흘리는 일 없이 적확하게 전압 포화의 발생을 방지할 수 있다.

따라서, 본 발명의 사출 성형기는 저부하 시에는 소비 전력을 억제할 수 있고, 고부하 시에는 전압 포화를 억제하여 정상적인 성형을 할 수 있다.

계속해서, 본 발명의 각 실시 형태를 도면에 기초하여 설명한다.

[제1 실시 형태]

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 서보 모터(1)의 등가 회로도이다.

서보 모터(1)는 영구 자석에 의해 구성되는 계자(11)와, 3상(u상, v상, w 상)의 전기자 권선을 갖는 전기자(12)를 구비하는 3상 동기 모터이다. 계자(11)는 로터로서 회전 가능하게 설치되어 있다. 스테이터로서의 전기자(12)의 각 상의 전기자 권선에, 서로 위상이 120°씩 다른 교류 전압(전기자 전압)을 인가하면, 이 교류 전압과 동일한 주파수로 회전하는 전기자 자속을 발생시킬 수 있다. 계자(11)는 이 전기자 자속에 대하여 자신의 계자속을 평행하게 하려고 하는 자기적인 힘을 받아, 당해 전기자 자속에 추종하여 회전한다[회전 각도(Φ), 회전 각속도(ω=dΦ/dt). 이하, 특별히 언급하지 않는 한 ω≥O(시계 방향)이라고 가정한다]. 이상과 같이 하여 서보 모터(1)에서는 회전 동력이 발생된다.

또한, 도 1에 있어서, Vu, Vv, Vw는 전기자(12)의 각 상의 전기자 전압, R은 각 상 공통의 저항, L'은 각 상 공통의 자기 인덕턴스, M'는 각 상 사이의 상호 인덕턴스이다. 또한, 계자(11)의 회전 각도(Φ)는 계자속의 방향[계자(11)의 N극과 S극을 연결하는 방향)이, 전기자(12)의 u상의 형성 방향에 대하여 이루는 각도로서 정의된다.

도 1의 서보 모터(1)에 대하여 dq 변환을 실시하면, 도 2의 등가 회로가 얻어진다.

도 2에 있어서, d축은 계자속의 방향과 일치되고, 이것과 직교하는 방향으로q축이 형성되어 있다. 도 1에 있어서의 3상의 전기자 권선은, 도 2에 있어서 d상, q상으로 이루어지는 2상의 전기자 권선으로 변환되어 있다.

도 2에 있어서, Vd, Vq는 각 상의 전기자 전압, Id, Iq는 각 상의 전기자 전류, R은 각 상 공통의 저항, L은 각 상 공통의 자기 인덕턴스, Φ은 각 상의 전기자 권선에 쇄교하는 총 자속이다. 이들 각 양은 동기 모터에 관하여 알려져 있는 다음 수학식 3의 회로 방정식을 만족시킨다.

[수학식 3]

여기서, P는 미분 연산자 d/dt이다. 이 방정식의 우변의 제2항은 dq 각 상의 전기자 권선에 유기되는 역기전력을 나타내고 있으며, Φ에 의한 역기전력(E)(=ω·Φ)이 q상의 전기자 권선만으로 유기되는 것을 알 수 있다.

도 2에 있어서, 서보 모터(1)의 토크(T)를 발생시키는 것은, d축 방향의 계자속과 직교하는 q축 전류(Iq)이다(구체적으로는, T∝Φ·Iq). 이에 대해 d축 전류(Id)는 토크(T)의 발생에 기여하지 않는 무효 전류이나, 문헌1에 기재되어 있는 바와 같이 마이너스의 d축 전류(Id)를 흘림으로써 역기전력(E)을 상쇄하는 상쇄 전압 성분을 발생시킬 수 있어 전기자(12)에 있어서의 전압 포화의 발생을 방지할 수 있다.

도 3은 도 1 및 도 2에 도시되는 서보 모터(1)의 피드백 제어 블록선도이다.

위치 지령기(21)는 소정의 파트 프로그램에 따라 서보 모터(1)의 회전 각도[계자(11)의 회전 각도(Φ)]의 지령값(Φ^*)을 출력한다. 지령값(Φ^*)은, 위치 비교기(22)에 있어서, 위치 센서(31)에 의해 측정된 실제의 회전 각도(Φ)와 비교되어 양자의 각도 편차 ΔΦ=Φ^*-Φ가 위치 제어기(23)에 입력된다. 속도 지령기로서의 위치 제어기(23)는 각도 편차(ΔΦ)에 기초하여 소정의 연산을 행하여 서보 모터(1)의 회전 각속도의 지령값(ω^*)을 산출하여 출력한다. 지령값(ω^*)은 속도 비교기(24)에 있어서, 속도 센서(32)에 의해 측정된 실제의 회전 각속도(ω)와 비교되어, 양자의 속도 편차 Δω=ω^*-ω이 속도 제어기(25)에 입력된다. 총 전류 지령기로서의 속도 제어기(25)는 속도 편차(Δω)에 기초하여 소정의 연산을 행하여 서보 모터(1)에 있어서의 전기자(12)의 총 전류(총 전기자 전류)의 지령값(I^*)을 산출하여 연산기(26)에 출력한다.

이 지령값(I^*)은 d축 전류를 흘리지 않는 경우의 전기자(12)로의 q축 전류 지령값이다.

연산기(26)에는 속도 제어기(25)로부터 출력되는 총 전류 지령값(I^*)과 함께 후술하는 2상/3상 변환기(29)로부터 출력되는, u상, v상, w상의 전압 지령값(Vu^*, Vv^*, Vw^*)이 입력된다.

연산기(26)는 당해 각값에 기초하여 위상각 결정 과정 및 d축 전류 규정 과정을 실시한다.

d축 전류 규정 과정에서는 q축 전류 지령(Iq^*)이 하기 수학식 1, d축 전류 지령(Id^*)이 하기 수학식 2에 의해 규정된다.

[수학식 1]

[수학식 2]

상기 수학식 2 중 Idmax는 임의로 설정할 수 있는 최대 d축 전류를 나타낸다. Idmax는 I<Idmax≤Imax의 관계를 만족시키는 것이 보다 바람직하고, Idmax=Imax인 것이 더 바람직하다.

위상각 결정 과정에서는, 이하에 설명한 바와 같이 상기 수학식 1 및 수학식 2의 위상각(θ)(0°≤θ≤90°)이 결정된다.

연산기(26)에는, 서보 모터(1)의 전기자(12)에 있어서 전압 포화를 발생시키는 일 없이 u, v, w 각 상의 전기자 권선에 인가하는 것이 가능한 최대 전기자 전압(Vmax)의 각 값과, 당해 각 최대 전기자 전압(Vmax)보다도 작게 설정된 소정의 전압 지령값 임계값(Vo)의 각 값이 미리 저장되어 있다. 여기서, 최대 전기자 전압(Vmax)의 값, 전압 지령값 임계값(Vo)의 값은 u, v, w 각 상마다 다른 값이어도 되나, 본 실시 형태에서는 u, v, w 각 상의 최대 전기자 전압(Vmax)의 각 값을 일률적으로 백분률 표시로 100％로 하고, 당해 백분률 표시 하에 u, v, w 각 상의 전압 지령값 임계값(Vo)의 값을 일률적으로 90％로 설정하고 있다.

연산기(26)는 소정 주기(예를 들어, 250㎲)로 2상/3상 변환기(29)로부터 각 상의 전압 지령값(Vu^*, Vv^*, Vw^*)을 도입하여 당해 각 값(Vu^*, Vv^*, Vw^*)을 상기 백분률 표시 하에서의 백분률로 변환한 후, 전압 지령값 임계값(Vo)(=90％)과 비교한다.

비교 결과, 각 상의 전압 지령값(Vu^*, Vv^*, Vw^*) 모두가 전압 지령값 임계값(Vo)을 초과하고 있지 않은 경우 비교 결과가 『0』으로 되어, 연산기(26)는 당해 비교 결과 『0』을 기록한다. 여기서, 비교 결과 『0』는 각 전압 지령값(Vu^*, Vv^*, Vw^*) 모두가 전압 지령값 임계값(Vo)을 초과하고 있지 않아, 전압 포화가 발생할 가능성이 낮다고 하는 것을 의미한다.

한편, 비교 결과, 각 상의 전압 지령값(Vu^*, Vv^*, Vw^*) 중 적어도 1개가 전압 지령값 임계값(Vo)을 초과하고 있던 경우 비교 결과가 『1』로 되어, 연산기(26)는 당해 비교 결과 『1』을 기록한다. 여기서, 비교 결과 『1』은 각 전압 지령값(Vu^*, Vv^*, Vw^*) 중 적어도 1개가 전압 지령값 임계값(Vo)을 초과하고 있어 전압 포화가 발생할 가능성이 높다고 하는 것을 의미한다.

이상과 같이, 연산기(26)는 도입한 각 상의 전압 지령값(Vu^*, Vv^*, Vw^*)에 따라 『0』 또는 『1』의 비교 결과를 기록한다. 여기서, 연산기(26)는 각 상의 전압 지령값(Vu^*, Vv^*, Vw^*)을 소정 주기(예를 들어, 250㎲)로 도입하고 있으므로, 『0』 또는 『1』의 비교 결과도 당해 소정 주기로 연산기(26)에 기록되도록 되어 있다.

연산기(26)는 소정 주기로 기록되는 비교 결과 중 시간적으로 직전의 적어도 소정 횟수(No회분)의 비교 결과를 기록해 둘 수 있다.

연산기(26)는 전압 포화가 발생할 가능성이 높다는 것을 의미하는 비교 결과 『1』의 수를 횟수(N)로 하고, 횟수(N)가 소정 횟수(No) 미만으로 설정한 정수(Nb) 이하일 경우 위상각을 θ=0°로 하고, 횟수(N)가 정수(Nb)를 초과하고 있는 경우 횟수(N)가 클수록 위상각(θ)을 크게 한다.

구체적으로는, 위상각(θ)의 최대값(θmax)(0°<θmax≤90°)을 설정하여 횟수(N)가 정수(Nb)를 초과하고 있는 경우 θ={(N-Nb)/(No-Nb)}·θmax로 한다.

예를 들어, No=32, Nb=16, θmax=90°로 한 경우 연산기(26)는 당해 32회분의 비교 결과에 기초하여 도 4에 도시하는 위상각(θ)의 제어를 행한다.

즉, 연산기(26)는 N이 16 이하일 경우 θ=0°로 하고(도 4의 A), N이 16을 초과하고 있는 경우 θ={(N-Nb)/(No-Nb)}·θmax={(N-16)/(32-16)}·90°=(N/16)·90°-90°로 한다(도 4의 B).

여기서, N이 16 이하일 때(직전의 32회분의 비교 결과 중 16회 이상이, 전압 포화가 발생할 가능성이 낮다고 하는 것을 의미하는 『0』이었을 때)에는, θ=0°이며, d축 전류 지령(Id^*)은 0으로 되고, N이 16을 초과할 때(직전의 32회의 비교 중 17회 이상에 있어서, 전압 포화가 발생할 가능성이 높다고 하는 것을 의미하는 비교 결과 『1』이 기록되었을 때)에는 θ≠0°(0°<θ≤90°)에 있어서, d축 전류 지령(Id^*)은 마이너스의 값이 된다. 예를 들어, 직전의 32회의 비교 중 24회에 있어서, 비교 결과 『1』이 기록되었을 때에는 θ=45°이며, Id^*=-｜Imax｜·(1/√2), Iq^*=I^*·(1/√2)이 된다. 그리고, 비교 결과 『1』의 수 N이 커지면 θ가 커져 Id^*(=-｜I^*|·sinθ)는 (마이너스 방향으로) 커지고, N=32(No)이 되면 θ=90°가 되어 Id^*는 최대가 된다.

이상과 같이, 본 실시 형태에서는 u, v, w 각 상의 각 전압 지령값(Vu^*, Vv^*, Vw^*)의 과거의 값(직전의 32회분의 비교 결과)에 기초하여 위상각(θ)을 제어 하여 d축 전류 지령(Id^*)의 크기를 제어하고 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 연산기(26)가 각 상의 전압 지령값(Vu^*, Vv^*, Vw^*)을 도입하는 소정 주기로 새로운 비교 결과를 얻을 수 있게 되어 있어, 당해 새로운 비교 결과에 의해 위상각(θ)의 결정에 이용되는 32회분의 비교 결과 중 가장 오래된 비교 결과가 치환되도록 되어 있다. 이와 같이, 위상각(θ)의 결정에 이용되는 직전의 32회분의 비교 결과가 소정 주기로 순차적으로 갱신되므로 위상각(θ)도 소정 주기로 순차적으로 갱신되도록 되어 있다.

연산기(26)로부터 출력된 dq 각 축 전류 지령(Id^*, Iq^*)은 각각 dq 각 축 전류 비교기(27d, 27q)에 있어서, 서보 모터(1)의 전기자(12)에 실제로 흘려지고 있는 dq 각 축 전류(Id, Iq)와 비교되어, dq 각 축 전류 편차 ΔId=Id^*-Id, ΔIq=Iq^*-Iq가 전류 제어기(28)에 출력된다. 여기서, 전류 비교기(27d, 27q)에 입력되는 dq 각 축 전류(Id, Iq)는 dq 변환 전의 3상 서보 모터(1)(도 1 참조)의 u, v, w 각 상의 전기자 전류(Iu, Iv, Iw)를 각 상마다 설치된 전류 센서(33u, 33v, 33w)에 의해 측정하여 이들을 3상/2상 변환기(34)에 의해 dq 2상의 dq축 전류(Id, Iq)로 변환함으로써 얻어진 것이다.

dq 각 축 전류 편차(ΔId, ΔIq)가 입력된 전류 제어기(28)는, 이들에 기초하여 소정의 연산을 행하여 dq 각 축 전압 지령(Vd^*, Vq^*)을 산출하여 출력한다.

2상/3상 변환기(29)는 dq 각 축 전압 지령(Vd^*, Vq^*)의 입력에 기초하여 소정의 연산을 행하여 uvw 3상 전압 지령(Vu^*, Vv^*, Vw^*)을 산출하여 전력 변환기(30)로 출력한다. 또한, 전술한 바와 같이, 2상/3상 변환기(29)로부터 출력되는 각 상의 전압 지령값(Vu^*, Vv^*, Vw^*)은 소정 주기로 연산기(26)에 취입되어, d축 전류 지령(Id^*)의 크기를 규정하는 위상각(θ)의 연산에 사용되도록 되어 있다.

전력 변환기(30)는 도시하지 않은 전원 장치에 의해, 2상/3상 변환기(29)로부터 입력된 3상의 전압 지령값(Vu^*, Vv^*, Vw^*)에 기초하는 전기자 전압(Vu, Vv, Vw)을 u, v, w 각 상의 전기자 권선에 인가하고, 당해 각 전기자 전압에 대응하는 3상의 전기자 전류(Iu, Iv, Iw)를 당해 각 상의 전기자 권선에 흘린다.

이상과 같이, 서보 모터(1)에서는 제어부로서의 컴퓨터가, 도 3에 도시되는피드백 루프를 실시함으로써 위치, 속도, 전압 또는 전류가 적절하게 제어되게 되어 있다.

[제1 실시 형태의 작용 효과]

이상과 같이, 본 실시 형태에서는 전기자에 있어서의 전압 포화의 발생과 직접적으로 관계되는 각 상의 전기자 권선으로의 각 전압 지령값에 기초하여 전압 포화가 발생할 것 같은 경우에 한하여 필요 최소한의 d축 전류(Id)를 흘릴 수 있으므로, 여분의 d축 전류(Id)를 흘리는 일 없이 적확하게 전압 포화의 발생을 방지할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는 전기자의 총 전류(I)보다 큰 최대 d축 전류(Idmax)에 기초하여 d축 전류 지령(Id^*)을 규정하므로, 문헌2에 기재된 서보 모터와 달리, 총 전류(I)가 작은 경우에도 전압 포화를 방지할 수 있다.

특히, 최대 d축 전류(Idmax)를 허용 최대 전류값(Imax)과 동일하게 하면, q축 전류(Iq)를 최대한으로 크게 하여 높은 토크를 얻는 것이 가능해지는 동시에 양호한 TN 특성을 얻을 수 있다.

또한, 미리 설정한 정수(Nb)와 횟수(N)의 대소 관계에 기초하여 위상각(θ)을 결정하는 것으로 했으므로, 횟수(N)가 작아 전압 포화가 발생할 가능성이 낮을 때에는 d축 전류(Id)를 흘리지 않고 소비 전력을 억제할 수 있고, 횟수(N)가 커서 전압 포화가 발생할 가능성이 있을 때에는 d축 전류(Id)를 흘려 전압 포화를 방지할 수 있다.

[제2 실시 형태]

본 실시 형태는, 상술한 서보 모터(1)를 동력원으로서 구비한 사출 성형기이다.

본 실시 형태의 사출 성형기는 서보 모터(1)와 서보 모터(1)를 제어하는 컴퓨터를 구비하고, 이 컴퓨터에는 본 발명의 전류 제어 방법을 실시하기 위한 전류 제어 프로그램이 판독되어 있다.

전류 제어 프로그램의 판독 방법은 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어 전류 제어 프로그램이 기록된 기록 매체로부터 판독할 수 있다.

이러한 사출 성형기는 상술한 서보 모터를 구비하므로, 여분의 d축 전류(Id)를 흘리는 일 없이 적확하게 전압 포화의 발생을 방지할 수 있고, 게다가 양호한 TN 특성을 나타낸다.

따라서, 본 발명의 사출 성형기는, 저부하 시에는 소비 전력을 억제할 수 있고, 고부하 시에는 전압 포화를 억제하여 정상적인 성형을 할 수 있다.

[변형예]

또한, 본 발명은 상술한 각 실시 형태에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 다른 구성 등을 포함하고, 이하에 기재하는 변형 등도 본 발명에 포함된다.

상술한 각 실시 형태에 있어서, 전압 지령값 임계값(Vo)을 최대 전기자 전압(Vmax)의 90％로 하고, No=32, Nb=16, θmax=90°로 했으나, 이들 수치에 한정되지 않고, 임의로 설정할 수 있다.

예를 들어, θmax는 이하와 같이 필요하게 되는 d축 전류(Id)의 크기로부터 역산해도 된다.

각 상의 전기자 전압(Vd, Vq)의 합성 전압 V=√(Vd²+Vq²)는 최대 전기자 전압(Vmax)의 1/√2배까지 커진다. 즉, V=Vmax/√2로 되면 전압 포화가 된다.

사용하고 싶은 모터의 최대 성능[모터의 회전수(ω)와 그 때의 토크(T)]이 결정되면, 상기 회로 방정식과 T=Kt×Iq로부터 필요한 q축 전류(Iq)가 구해진다.

이러한 합성 전압(V)과 q축 전류(Iq) 외에, 모터 고유의 저항(R), 자기 인덕 턴스(L), 전기자 권선에 쇄교하는 총 자속(Φ), 토크 정수(Kt), 사용하고 싶은 회전수(ω)를, 상기 수학식 3의 회로 방정식에 대입함으로써 필요한 d축 전류(Id)가 구해진다.

필요한 d축 전류(Id)가 결정되면 상기 수학식 2로부터 θmax를 결정할 수 있다.

이러한 θmax가 설정되어 있으면, 상기한 최대 성능으로 모터를 동작시킨 경우에도 전압 포화를 방지할 수 있다.

또한, 예를 들어 전압 지령값 임계값(Vo)에 대하여 통상의 전류 제어에서는 전기자에 인가할 수 있는 전압은 최대 전기자 전압(Vmax)의 √3/2배까지 되기 때문에, 전압 지령값 임계값(Vo)=Vmax×√3/2로 해도 된다.

[실시예]

이하, 실시예를 들어 본 발명을 상세하게 설명하나, 본 발명은 이들 실시예에 전혀 한정되지 않는다.

[제1 실시예]

상술한 제2 실시 형태의 사출 성형기를 사용하여 폴리카보네이트제의 배터리 케이스를 성형했다. 사출 속도는 300㎜/sec이다.

이때의 d축 전류 지령(Id^*), q축 전류 지령(Iq^*) 및 사출축의 속도를 도 5에 도시한다. 도 5에 있어서, 종축은 전압(V), 횡축은 시간(sec)이다. 속도는, 1V당 63.8㎜/sec, d축 전류 지령(Id^*) 및 q축 전류 지령(Iq^*), 1V당 40.82A이다.

또한, 본 실시예 및 이하의 실시예, 비교예에서는 복수회의 사출에 있어서의 각 데이터의 평균값을 그래프화하고 있다.

도 5로부터, 0.05sec 부근부터 d축 전류 지령(Id^*)이 마이너스 방향으로 변화되어, d축 전류(Id)가 흘려지고 있는 것을 알 수 있다. 파형이 흐트러져 있는 것은 각 전압 지령값이 전압 지령값 임계값(Vo)을 초과하는 빈도[횟수(N)]에 기초하여 θ을 제어하고 있기 때문에다.

그리고, 도 5 중 q축 전류 지령(Iq^*)이 ±6V의 범위에 있어, 전압 포화를 발생시키는 일 없이 q축 전류(Iq)가 제어되어 있다는 것을 알 수 있다.

사출축의 속도도 원활하게 추이하고 있으며, 버어나 수축이 없는 양호한 배터리 케이스를 얻을 수 있었다.

[제1 비교예]

d축 전류(Id)를 흘리지 않는 이외에는, 제1 실시예와 마찬가지로 하여 배터리 케이스 성형을 실시했다.

도 6에 d축 전류 지령(Id^*), q축 전류 지령(Iq^*) 및 사출축의 속도를 나타낸다. 단위 등은 도 5와 마찬가지이다.

d축 전류(Id)를 흘리지 않으므로, 도 6에 있어서 d축 전류 지령(Id^*)은 0인 상태이다. 이 때문에, 0.1sec로부터 0.13sec 사이에 있어서, q축 전류 지령(Iq^*)이 ±6V의 범위를 초과하여 전압 포화가 발생하고 있다.

전압 포화 때문에 사출축의 속도를 적절하게 제어할 수 없어 O.1sec로부터 0.15sec 사이의 속도에 흐트러짐이 보였다.

성형한 배터리 케이스에는 버어나 수축이 발생하였다.

[제2 실시예]

폴리프로필렌을 제2 실시 형태의 사출 성형기의 배럴 내에 충전하고, 이것을 사출하여 소량의 폴리프로필렌이 배럴 내에 남도록 했다. 이 소량의 폴리프로필렌을 윤활제로 하여, 소위 공사출을 실시하여 고속이고 저부하인 경우의 전류 제어를 평가했다. 사출 속도는 325㎜/sec이다.

이때의 d축 전류 지령(Id^*), q축 전류 지령(Iq^*) 및 사출축의 속도를 도 7에 도시한다. 단위 등은 도 5와 마찬가지이다.

도 7로부터, 제1 실시예의 경우와 마찬가지로 전압 포화가 적절하게 방지되어 있는 것을 알 수 있다. 또한, 도 5와 도 7의 d축 전류 지령(Id^*)을 비교하면 공사출의 제2 실시예에서는 불필요한 d축 전류 지령(Id^*)을 작게 하고 있는 것을 알 수 있다.

[제2 비교예]

속도에 따른 d축 전류(Id)를 흘리는 문헌1에 기재된 전류 제어를 실시한 이외에는, 제2 실시예와 마찬가지로 하여 공사출을 실시했다.

이때의 d축 전류 지령(Id^*), q축 전류 지령(Iq^*) 및 사출축의 속도를 도 8에 도시한다. 단위 등은 도 5와 마찬가지이다.

도 8로부터, 전압 포화가 방지되어 있는 것을 알 수 있으나, 도 7과 비교하면 d축 전류 지령(Id^*)이 커서, 제2 실시예에 비해 불필요한 d축 전류(Id)를 흘리고 있는 것을 알 수 있다.

도 9에 제2 실시예 및 제2 비교예에 있어서의 전력의 변화를 도시한다. 도 9에 있어서, 종축은 전력(W), 횡축은 시간(sec)이다.

도 9로부터, d축 전류(Id)가 작은 제2 실시예는, 제2 비교예에 비교해 소비 전력이 작은 것을 알 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 서보 모터의 등가 회로도.

도 2는 상기 제1 실시 형태에 따른 서보 모터에 대하여 dq 변환을 실시하여 얻어지는 등가 회로도.

도 3은 상기 제1 실시 형태에 따른 서보 모터의 피드백 제어 블록선도.

도 4는 상기 제1 실시 형태의 위상각 결정 과정에 있어서의 위상각(θ)의 제어를 나타내는 그래프.

도 5는 제1 실시예에 있어서의 d축 전류 지령(Id^*), q축 전류 지령(Iq^*) 및 사출축의 속도를 나타내는 그래프.

도 6은 제1 비교예에 있어서의 d축 전류 지령(Id^*), q축 전류 지령(Iq^*) 및 사출축의 속도를 나타내는 그래프.

도 7은 제2 실시예에 있어서의 d축 전류 지령(Id^*), q축 전류 지령(Iq^*) 및 사출축의 속도를 나타내는 그래프.

도 8은 제2 비교예에 있어서의 d축 전류 지령(Id^*), q축 전류 지령(Iq^*) 및 사출축의 속도를 나타내는 그래프.

도 9는 제2 실시예 및 제2 비교예에 있어서의 전력의 변화를 나타내는 그래프.

Claims

계자와, 다상의 전기자 권선을 갖는 전기자를 구비하는 서보 모터에 있어서,

상기 계자에 의해 발생되는 계자속과, 각 상의 상기 전기자 권선에 전기자 전압을 인가함으로써 발생되는 전기자 자속의 상호 작용에 기초하여 상기 계자 및 상기 전기자의 상대 회전 동력을 발생시킬 때에, 상기 전기자에 있어서의 전압 포화의 발생을 방지하기 위해, d축 방향을 상기 계자속의 방향으로 하는 dq 변환을 실시한 상기 전기자에 d축 전류를 흘리는 전류 제어 방법이며,

위상각(θ)(0°≤θ≤90°)을 결정하는 위상각 결정 과정과, 상기 전기자에 흘리는 상기 d축 전류의 크기를 결정하는 d축 전류 규정 과정을 구비하고,

상기 위상각 결정 과정에서는,

상기 전기자에 있어서 전압 포화를 발생시키는 일 없이 각 상의 상기 전기자 권선에 인가하는 것이 가능한 최대 전기자 전압(Vmax)보다도 작은 소정의 전압 지령값 임계값(Vo)을 설정하고,

각 상의 상기 전기자 권선에 인가하는 전기자 전압의 지령값인 각 전압 지령값과 상기 전압 지령값 임계값(Vo)의 비교를 소정 주기로 계속적으로 행하고,

상기 소정 주기로 계속적으로 얻어지는 비교 결과 중, 시간적으로 직전의 소정 횟수(No회분)의 비교 결과를 추출하고,

당해 소정 횟수(No회분)의 비교 결과 중, 상기 각 전압 지령값 중 적어도 1개가 상기 전압 지령값 임계값(Vo)을 초과하고 있던 횟수(N)가 상기 소정 횟수(No) 미만으로 설정한 정수(Nb) 이하일 경우 상기 위상각을 θ=0°로 하고,

상기 횟수(N)가 상기 정수(Nb)를 초과하고 있는 경우 상기 횟수(N)가 클수록 상기 위상각(θ)을 크게 하고,

상기 d축 전류 규정 과정에서는,

상기 위상각 결정 과정에 의해 결정된 위상각(θ)을 사용하여, q축 전류(Iq)를 하기 수학식 1, d축 전류(Id)를 하기 수학식 2에 의해 규정하는 것을 특징으로 하는, 전류 제어 방법.

[수학식 1]

[수학식 2]

(상기 수학식 1 중 I는 상기 d축 전류를 흘리지 않을 경우의 상기 전기자로의 q축 전류 지령값을 의미한다.

상기 수학식 2 중 Idmax는 임의로 설정할 수 있는 최대 d축 전류를 의미한다)
제1항에 있어서, 상기 최대 d축 전류(Idmax)는, 상기 전기자의 허용 최대 전류값을 Imax로 했을 때 I<Idmax≤Imax의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는, 전류 제어 방법.
제2항에 있어서, 상기 최대 d축 전류(Idmax)는, 상기 허용 최대 전류값(Imax)과 동일한 것을 특징으로 하는, 전류 제어 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 위상각 결정 과정에서는,

상기 위상각(θ)의 최대값(θmax)(0°<θmax≤90°)을 설정하고,

상기 횟수(N)가 상기 정수(Nb)를 초과하고 있는 경우 θ={(N-Nb)/(No-Nb)}·θmax로 하는 것을 특징으로 하는, 전류 제어 방법.
계자와, 다상의 전기자 권선을 갖는 전기자를 구비하는 서보 모터에 내장된 컴퓨터에 있어서,

상기 계자에 의해 발생되는 계자속과, 각 상의 상기 전기자 권선에 전기자 전압을 인가함으로써 발생되는 전기자 자속의 상호 작용에 기초하여 상기 계자 및 상기 전기자의 상대 회전 동력을 발생시킬 때에, 상기 전기자에 있어서의 전압 포화의 발생을 방지하기 위해 d축 방향을 상기 계자속의 방향으로 하는 dq 변환을 실시한 상기 전기자에 d축 전류를 흘리는 전류 제어 프로그램이며,

상기 컴퓨터에 위상각(θ)(0°≤θ≤90°)을 결정하는 위상각 결정 과정과, 상기 전기자에 흘리는 상기 d축 전류의 크기를 결정하는 d축 전류 규정 과정을 실시시키고,

상기 위상각 결정 과정에서는,

상기 전기자에 있어서 전압 포화를 발생시키는 일 없이 각 상의 상기 전기자 권선에 인가하는 것이 가능한 최대 전기자 전압(Vmax)보다도 작은 소정의 전압 지령값 임계값(Vo)을 설정하고,

각 상의 상기 전기자 권선에 인가하는 전기자 전압의 지령값인 각 전압 지령값과 상기 전압 지령값 임계값(Vo)의 비교를 소정 주기로 계속적으로 행하고,

상기 소정 주기로 계속적으로 얻어지는 비교 결과 중, 시간적으로 직전의 소정 횟수(No회분)의 비교 결과를 추출하고,

당해 소정 횟수(No회분)의 비교 결과 중 상기 각 전압 지령값 중 적어도 1개가 상기 전압 지령값 임계값(Vo)을 초과하고 있던 횟수(N)가 상기 소정 횟수(No) 미만으로 설정한 정수(Nb) 이하일 경우 상기 위상각을 θ=0°로 하고,

상기 횟수(N)가 상기 정수(Nb)를 초과하고 있는 경우 상기 횟수(N)가 클수록 상기 위상각(θ)을 크게 하고,

상기 d축 전류 규정 과정에서는,

상기 위상각 결정 과정에 의해 결정된 위상각(θ)을 사용하여, q축 전류(Iq)를 하기 수학식 1, d축 전류(Id)를 하기 수학식 2에 의해 규정하는 것을 특징으로 하는, 전류 제어 프로그램.

<수학식 1>

<수학식 2>

(상기 수학식 1 중 I는 상기 d축 전류를 흘리지 않는 경우의 상기 전기자로의 q축 전류 지령값을 의미한다.

상기 수학식 2 중 Idmax는 임의로 설정할 수 있는 최대 d축 전류를 나타낸다)
제5항에 기재된 전류 제어 프로그램이 기록되고, 서보 모터에 내장된 컴퓨터에 의해 판독 가능한 것을 특징으로 하는, 기록 매체.
계자와, 다상의 전기자 권선을 갖는 전기자와, 이들을 제어하는 제어부를 구비하고,

상기 계자에 의해 발생되는 계자속과, 각 상의 상기 전기자 권선에 전기자 전압을 인가함으로써 발생되는 전기자 자속의 상호 작용에 기초하여 상기 계자 및 상기 전기자의 상대 회전 동력을 발생시킬 때에, 상기 전기자에 있어서의 전압 포화의 발생을 방지하기 위해 d축 방향을 상기 계자속의 방향으로 하는 dq 변환을 실시한 상기 전기자에 d축 전류를 흘리는 서보 모터이며,

상기 d축 전류의 크기를 결정하는 연산기를 구비하고,

상기 연산기는 위상각(θ)(0°≤θ≤90°)을 결정하는 위상각 결정 과정과, 상기 전기자에 흘리는 상기 d축 전류의 크기를 결정하는 d축 전류 규정 과정을 실시하고,

상기 위상각 결정 과정에서는,

상기 전기자에 있어서 전압 포화를 발생시키는 일 없이 각 상의 상기 전기자 권선에 인가하는 것이 가능한 최대 전기자 전압(Vmax)보다도 작은 소정의 전압 지령값 임계값(Vo)을 설정하고,

각 상의 상기 전기자 권선에 인가하는 전기자 전압의 지령값인 각 전압 지령값과 상기 전압 지령값 임계값(Vo)의 비교를 소정 주기로 계속적으로 행하고,

상기 소정 주기로 계속적으로 얻어지는 비교 결과 중, 시간적으로 직전의 소정 횟수(No회분)의 비교 결과를 추출하고,

당해 소정 횟수(No회분)의 비교 결과 중, 상기 각 전압 지령값 중 적어도 1개가 상기 전압 지령값 임계값(Vo)을 초과하고 있던 횟수(N)가 상기 소정 횟수(No) 미만으로 설정한 정수(Nb) 이하일 경우 상기 위상각을 θ=0°로 하고,

상기 횟수(N)가 상기 정수(Nb)를 초과하고 있는 경우 상기 횟수(N)가 클수록 상기 위상각(θ)을 크게 하고,

상기 d축 전류 규정 과정에서는,

상기 위상각 결정 과정에 의해 결정된 위상각(θ)을 사용하여, q축 전류(Iq)를 하기 수학식 1, d축 전류(Id)를 하기 수학식 2에 의해 규정하는 것을 특징으로 하는, 서보 모터.

<수학식 1>

<수학식 2>

(상기 수학식 1 중 I는 상기 d축 전류를 흘리지 않을 경우의 상기 전기자로의 q축 전류 지령값을 의미한다.

상기 수학식 2 중 Idmax는 임의로 설정할 수 있는 최대 d축 전류를 나타낸다)
제7항에 기재된 서보 모터를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는, 사출 성형기.