JPH0429583A - 電動機の制御方法および装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は制振機能を有する電動機の制御方法および制御
装置に関する。

〔従来の技術〕

一般に高速回転するモータにおいて発生する自励振動は
、モータ自身の軸重心のずれや軸のクリアランスによる
回転アンバランスに起因する場合と、モータに接続され
る従動側負荷に起因する場合とある。このような振動は
モータを搭載する機器の機能、性能に大きく影響し、極
端な場合ではモータ自身の破損に繋がることもある。

このような振動に対する対策としてパッシブ型制振機構
とアクティブ型制振機構が提案されている。

パッシブ型の一例として、従動側の軸に液体や鋼球を密
封したリングを装着する自動バランス機構が提案されて
いる。この方式では軸の回転と共に生じる遠心力により
、液体や鋼球がリング内で一定の状態に分散配置される
性質を利用し振動を吸収するものである。このように振
動そのものを抑止せずに発生した振動を制動する点でパ
ッシブ型制振機構と呼ばれる。

一方、積極的に振動を抑止するアクティブ型制振機構が
ある。例えば、モータの軸を磁気的に受ける磁気軸受に
おいて磁気軸受の励磁を軸回転と発生する振動に合わせ
て積極的に制振する方式や、空気軸受のエアパッドと軸
の間の間隙を制御して動剛性を変化させ制振する方式が
提案されている。

しかし、上述の制振方式はパッシブ型にしろアクティブ
型にしろ振動そのものに着目してこれを抑制しようとす
るものである。

一方、誘導モータや同期モータ等のＡＣモータをサーボ
系に使用する提案は従来から多くなされており、例えば
誘導モータにベクトル制御方式を適用したＡＣサーボモ
ータがある。この方式は、詳細は後述するが、基本的に
ＡＣサーボモータに入力される電流を電流検出器で検出
し、回転速度を速度検出器で検出し、さらに、回転子位
置を位置検出器により検出し、これらを各々フィードバ
ックすることにより電流制御、速度制御、及び位置制御
を行うものである。

本発明はこのＡＣサーボモータの制御方式にさらに、Ａ
Ｃサーボ制御機能と併せてモータの制振機能をも持たせ
ることにより、サーボ系に限らず工作機械等のモータ振
動に対処するものである。

従って、本発明による制振機能は積極的に振動を抑止す
る点でアクティブ型制振機構と言える。

第８図は従来のＡＣサーボモータの制御装置ブロック構
成図である。図中、ＩＭは誘導モータ、ＳＳは回転位置
検出器、ＣＴは電流検出器、ＰＩは電力変換器、ＣＡは
電流制御増幅器、ＰＡはＣＡとＰＩを総称した電力増幅
器、ＣＧは３相電流指令発生回路である。

回転位置検出器ＳＳは例えばロータリ・エンコーダであ
り、絶対位相θｒを出力するアブソリュート・エンコー
ダである。また位相を微分した回転速度ωｒを出力する
ようにすることも可能である。

電力変換器ＰＩは内蔵コンバータ（図示せず）により交
流を直流に変換し、次に内蔵インバータ（図示せず）に
よりその直流を交流に変換し、電流制御増幅器ＣＡの出
力をモータを駆動し得る大きさの電力にしてモータＩＭ
に供給する。

電流検出器ＣＴは各巻線に流れる電流を検出し、検出電
流ｉｕ　、’ｉｖ　、　ｉ智を対応する電流制御増幅器
ＣＡにフィードバックする。

電流制御増幅器ＣＡは各相巻線毎に設けられ、フィード
バックされた各検出電流ｉｕ　、　ｉｖｉｗと対応する
電流指令値Ｉｕ　、　Ｉｖ　、　Ｉｗとを加算し、その
結果を増幅して電力変換器ＰＩに送る。

３相電流指令発生回路ＣＧは電流振幅指令Ｉ、及びすべ
り周波数指令ωＳと回転速度ωｒの差のすべり周波数Ｗ
１とに基づき各電流指令ＩｕＩｖ　、　Ｉｗを発生する
。

第９図は従来の励磁コイルの結線図である。図示のよう
に、４個のＵ相コイル、Ｕｌ、Ｕ２Ｕ３．Ｕ４は全て並
列接続され、電力変換器ＰＩに接続される。そしてＶ相
、Ｗ相についても全く同様に接続されている。従って、
各相毎に電流を電流検出器ＣＴにより一括検出し電流制
御増幅器ＣＡにフィードバックし各相毎に電流を一括制
御する。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述の従来技術において、パッシブ型制振機構やアクテ
ィブ型制振機構のように振動そのものを抑制する対策で
は、パッシブ型にあっては従属側負荷の変動によるアン
バランスは完全には救済できずに残り、またアクティブ
型にあっては制振機構を極めて複雑かつ高価なものにす
る問題がある。

また、ＡＣサーボモータにおいても制御装置では上述の
ように各相の励磁コイルを並列接続し一括制御するため
微妙な振動制御（制振）まではできないという不都合が
ある。

本発明の目的は、従来のＡＣサーボモータの制御方式を
改良し、ＡＣサーボ制御機能と併せてモータの制振機能
をも持たせることにより、サーボ系に限らず一般の工作
機械のモータの振動をも簡単な構造かつ高精度で抑止可
能とする制振機能を有する電動機の制御方法および装置
を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は本発明の原理構成図である。

本発明は、電動機の各相巻線に供給する励磁電流の大き
さと位相を励磁コイル毎に順次変化させ、かつ検出した
回転位置信号に同期してこの変化を移動させるようにし
たものである。

詳述すると、第１の発明によれば回転する電動機の振動
を検出し、前記電動機の各相巻線毎に供給する電流の大
きさと位相を前記電動機の回転数に同期して順次変化さ
せ、前記電動機の振動が小さくなったときの電流の大き
さとその位相を求め、その電流を前記電動機に供給して
前記電動機の振動を極力小さく維持する電動機の制御方
法、が提供される。また、第２の発明によれば電動機の
各相巻線に供給する励磁電流の大きさと位相を励磁コイ
ル毎に順次変化させるようにした電動機の制御装置にお
いて、前記電動機の各相巻線毎に増幅した電流を供給す
る電力増幅手段と、前記電動機から検出する振動に基づ
き前記各電力増幅手段の各相に供給する電流の大きさと
位相を前記電動機の振動が極力小さくなるように制釦す
る電流制御手段と、該電流制御手段から出力された電流
の大きさ及び位相と前記電動機から検出される回転位置
信号とに基づき、前記各電力増幅手段に対し変調された
各相電流を供給する制振変調手段とを具備したことを特
徴とする電動機の制御装置、が提供される。

［作　用〕 本発明では誘導モータもしくは同期モータにおいて、従
来並列接続され一括制御されてきた励磁コイルを第３図
に示すように各コイル個別に制御し、基本的には並列接
続時と同様の制御を各コイルに加える。

一方、モータ軸の重心ずれによる遠心力は、モータ回転
数によりその大きさを変化させ、モータ回転速度と同じ
回転速度で移動しながらラジアル方向に発生する。ある
瞬間ある回転角度位置において、モータの励磁電流を制
御して遠心力と同じ大きさで方向反対の吸引力をロータ
とステータとの闇で発生させ、かつこの吸引力をモータ
の回転速度と同じ回転速度で移動させると、遠心力と吸
引力とが相殺されて遠心力に起因する振動がなくなる。

また遠心力の大きさが変化する場合は、その遠心力の大
きさに応じて吸引力の大きさも変化させるのである。

つまり、励磁コイルに与える電流を上述の各コイル個別
に制御するのに重畳する形で、ロータ回転に同期しかつ
遠心力に見合った大きさ及び位相差を持った励磁強度に
変調する。これにより吸弓力が周方向で変化することに
なり、遠心力を打ち消しながら回転力が得られることに
なる。

〔実施例〕

第２図は本発明の一実施例ブロック構成図である。第２
図において、従来と同一の構成要素には同一の参照符号
を与える。図中、ＶＴは振動検出器、ＰＣは電流制御手
段としての制振位相・振幅指令発生回路、ＭＣは制振変
調回路である。

前述のように、モータの機械的構造は変わらず、第３図
に示すように、単に巻線１極毎にリード線を取り出す。

従って、電流検出器、電力変換器、電流制御増幅器、制
振変調回路等は図示のように全て極数分の組数だけ（本
実施例では４組）必要となる。即ち、ＣＴＩ〜ＣＴ４は
電流検出器、ＦＩＬ〜ＰＩ４は電力変換器、ＣＡＬ〜Ｃ
Ａ４は電流制御増幅器、ＭＣｌ　−ＭＣ４は制振変調回
路であり４組設けられる。

但し、電力変換器はそのまま４倍必要ではなく４分の１
の性能のものを４台設ければよい。

このように、制御装置は極数分だけ並列に電力変換器等
を接続し、これらに供給する電流指令値に、制振を目的
とする指令値（制振指令値）を掛は合わせる構成とする
。

後述する第５図で説明するように、各励磁コイルの制振
指令値は目的の場所の振動が最小となるように、周方向
に１を中心とする正弦分布をなし、ロータの回転とある
位相差を持って進行する。正弦分布の振幅係数と位相差
は学習制御によって回転開始からの僅かの時間で決めら
れ、回転中も常に最適化を続けることが可能である。

第４図は第２図の制振変調回路の一実施例ブロック構成
図である。第４図において、ＭＴは乗算器、ＡＤは加算
器、ＡＭＰは増幅器、○ＳＣは第５図（Ｃ）に示す正弦
波をＮ種類発振する正弦波発振器である。この場合、正
弦波発振器Ｏ８Ｃには制振位相・振幅指令発生回路ＰＣ
から位相θｍと振幅係数ｍが人力され、さらに、回転位
置検出器ＳＳで検出された回転位置信号θｒを入力し、
下式の如き正弦波をＮ種類出力する。

５ｉｎ（θｒ＋θｍ＋（２π／Ｎ）　Ｘ　ｉ）　川（１
）ここで、Ｎは励磁コイルの数（本実施例ではＮ＝１２
）であり、１はＯ〜（Ｎ−１）の整数である。

発振器ＯＳＣは式（１）を各組毎に１＝Ｄ〜１１まで出
力すると各々の乗算器ＭＴにおいて振幅係数ｍが乗じら
れ、さらに加算器ＡＤにて電流指令発生回路ＣＧからの
各相の電流指令値Ｉｕ　・ｒｖＩ−が加えられる。この
結果、例えばＵ相について下式が得られる。

Ｉｕ　ｌ　＝Ｉｕ　（１＋ｍ−５ｉｎ（θｒ＋θｍ＋（
２π／１２）Ｘｉ））・・・（２） ここで、Ｉｕｌはｉ＝Ｑ、Ｉｕ２は１＝３、Ｉｕ３は１
＝６、Ｉｕ４はｉ＝９である。

■相、Ｗ相についても全く同様にして求めることができ
る。

第５図（ａ）、　　（ｂ）、　　（Ｃ）は第４図回路の
基本動作の説明図である。（ａ）において、制振変調回
路ＭＣは３相電流指令発生回路ＣＧからのＵＶ・Ｗ相の
３相交流を受けると、回転位置信号θｒ及び位相θｍと
振幅係数ｍに基づき第４図の具体的回路によりＩｕｌ〜
Ｉｗ４を出力する。

（ｂ）において、Ｕ・Ｖ・Ｗの３相で１相が４組の場合
、図示のように１２個の励磁コイルとなる。

即ち、Ｕｌ　〜Ｕ４．Ｖｌ　〜Ｖ４．Ｗｌ　〜Ｗ４（７
）１２個の励磁コイルである。

（ｃ）は、（ｂ）図を展開したもので、Ｕ、Ｖ。

Ｗの変調を説明する図である。各相Ｕ、Ｖ、Ｗの電流値
を図示のように変調して強弱（振幅係数ｍ）を持たせる
と、例えば同じＵ相でも変調をがけた励磁コイルに強い
吸引力Ｘを生じ、ロータは吸弓力の強い方に引き寄せら
れて回転する。しかしこのまま一方向に偏った吸引力Ｘ
では振動を発生することは明らかである。

本発明では吸引力を回転させるた２６　（ｃ）図のよう
な変調のカーブを回転位置検出器ｓｓにより検出された
回転位蓋θｒまたはこれを微分して得た回転速度ωｒに
同期して移動させることにある。

一方、一般にモータ軸の振動は重心のずれによる遠心力
により発生する。従って、この遠心力を打ち消す方向に
吸引力を加えれば力関係が相殺されて振動が抑止できる
はずである。よって、本発明では上述のように変調のカ
ーブを回転速度ωｒに同期して移動させ吸引力を回転さ
せることにより、常に遠心力を打ち消し振動を抑止しよ
うとするものである。

第６図は第２図の制振位相・振幅指令発生回路ＰＣの一
実施例ブロック図である。

ここで、制振変調回路ＭＣに供給する位相θｍと振幅係
数ｍを決定する場合に、基杏的に、軸の中心と重心のず
れにより生じる回転アンバランスが予め判明している場
合と、予め判明していない場合に分けられる。前者の場
合では位相θｍは固定であり、振幅係数ｍは回転位置信
号θｒを微分して得られる回転速度ωｒに比例して変化
する。

後者の場合は例えば、生産効率の点で回転アンバランス
を探し出す余裕がない場合、あるいは工具等の付加物に
より回転アンバランスが生じる場合である。この場合、
位相θｍを０〜２πの範囲で、振幅係数ｍを０〜１の範
囲でテーブルをスキャンして振動が最も小さくなる６ｍ
とｍを検索する。

本回路は振動検出器ＶＴにより検出されたモータの振動
αを入力し、上述の２つの場合について学習制御により
求めた位相θｍ及び振幅係数ｍを制振変調回路ＭＣに送
出する回路である。

ＴＢは第７図に示すように各種の位相θｍ及び振幅係数
ｍの組合せを格納するテーブルであり、ＲＯＭに格納さ
れる。ＳＣはテーブルＴＢの位相θｍ及び振幅係数ｍを
スキャンするスキャン手段であり、スキャン結果として
位相θｍ及び振幅係数ｍを出力する。

ＭＯＣはモー上゛制御回路であり、実際の振動測定前に
学習制御により前述の後者の場合について最適なθｍと
ｍを求するモードと、実際の振動制御を行うモードを切
り換える手段である。従って、回転アンバランスが判明
していない場合に、学習制御の段階ではスイッチ５ｌｌ
ｌｌ、ＳＷ２をスキャン手段側（接点ａ側）に設定して
予めテーブルの位相θｍ及び振幅係数ｍをスキャンし、
制振変調回路ＭＣにこれらの値を順次与え、系の振動Ａ
が最も小さくなるときの位相θｍ及び振幅係数ｍを求め
る。求ｔられたθｍとｍ及び振動Ａは保持回路ＨＯＬに
保持される。なお、振動Ａは振動算出回路ＶＣにより一
定時間間隔の振動を積分して求めた値である。

次にスイッチＳＷＩ、ＳＷ２を接点す側に設定し、この
設定された位相θｍ及び振幅係数ｍを制振変調回路ＭＣ
に供給して実際の振動制御を行う。

方、工具の変更等、何らかの外部要因により回転アンバ
ランスが大きくなり系の振動が大きくなった場合は、こ
のときに生じた振動αの債分値Ｂを振動算出回路ＶＣに
より求め、比較器ＣＯＭにて予め求めた振動の最小値Ａ
と比較する。この場合、振動Ｂの方が小さければ位相θ
ｍと振幅係数ｍを変える必要はない。しかし、振動Ｂの
方が大きい場合はモード制御回路ＭＯＣによりスイッチ
ＳＷＩ。

ＳＷ２を接点ａ側にし再度テーブルＴＢをスキャンして
前述のようにこの系の振動の最小値を探し出すことにな
る。そして、再度スイッチを接点す側に設定し振動制御
を行う。

なお、保持回路ＨＯＬは、前回の値と今回の値を比較し
小さい方の値を保持するような保持回路であればよい。

第７図は前述のθｍとｍの関係を格納するテーブルの一
例であり、ＲＯＭに格納される。横軸はθｍ、縦軸は振
幅係数ｍである。θｍの範囲は０〜２πであり、ｍの範
囲は０〜１である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、構造の複雑な機
械的制振装置を付加することなく、構造簡単な電気的手
段だけで、精度よく電動機の振動を抑止できる、電動機
の制御方法及び装置が得られた。また、この電動機に負
荷を接続し、事前にその系のアンバランスとそれに起因
する振動について知るところがなくても、回転開始より
わずかの時間で制振でき、更に、電動機の負荷が変化し
た場合にも、迅速に応答できる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の原理構成図、 第２図は本発明の一実施例ブロック構成図、第３図は本
発明の励磁コイル結線図、 第４図は第２図の制振変調回路の一実施例ブロック図、 第５図（ａ）、　　（ｂ）、　　（ｃ）　は本発明の詳
細な説明図、 第６図は第２図の制振位相・振幅指令発生回路の一実施
例ブロック構成図、 第７図は第６図のテーブルの一例、 第８図は従来の制御装置のブロック構成図、及び、 第９図は従来の励磁コイル結線図である。 （符号の説明） ＩＭ・・・誘導電動機、　　ＣＴ・・・電流検出器、Ｐ
Ａ・・・電力増幅器、　　ＰＩ・・・電力変換器、ＣＡ
・・・電流制御増幅器、ＭＣ・・・制振変調回路、ＣＣ
・・・電流制御手段、 ＰＣ・・・制振位相・振幅指令発生回路、ＣＧ・・・３
相電流指令発生回路、 ＶＴ・・・振動検８器、 ＳＳ・・・回転位置検出器。 Ｕ相コイル 本発明の励磁コイル結線図 第 ＋　Ｅ Ｕ相コイル 従来の励磁コイル結線図 第 回

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、回転する電動機の振動を検出し、前記電動機の各相
   巻線毎に供給する電流の大きさと位相を前記電動機の回
   転数に同期して順次変化させ、前記電動機の振動が小さ
   くなったときの電流の大きさとその位相を求め、その電
   流を前記電動機に供給して前記電動機の振動を極力小さ
   く維持するようにしたことを特徴とする電動機の制御方
   法。 ２、電動機の各相巻線に供給する励磁電流の大きさと位
   相を励磁コイル毎に順次変化させるようにした電動機の
   制御装置において、前記電動機の各相巻線毎に増幅した
   電流を供給する電力増幅手段と、前記電動機から検出す
   る振動に基づき前記各電力増幅手段の各相に供給する電
   流の大きさと位相を前記電動機の振動が極力小さくなる
   ように制御する電流制御手段と、該電流制御手段から出
   力された電流の大きさ及び位相と前記電動機から検出さ
   れる回転位置信号とに基づき、前記各電力増幅手段に対
   し変調された各相電流を供給する制振変調手段とを具備
   することを特徴とする電動機の制御装置。