(57)【要約】【課題】永久磁石モータのトルクリップルを抑制する際に事前のトルクリップルの計測を必要とせず、また出力軸に発生するトルクリップルの周波数が高い場合でも、トルクリップルを低減させ、安定したトルク出力を可能とする。【解決手段】同一シャフト上に偶数個の特性が同一な永久磁石モータのロータを連結する際に、それぞれの永久磁石モータが発生するトルクリップルを互いに打ち消す位相差となるように、ロータの取り付け角度をずらして取り付け、それぞれの永久磁石モータを個別にトルク制御する制御アンプを設置し、トルク指令をそれぞれの制御アンプに均等に分配する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータのロータ部分に永久磁石を用いた永久磁石モータのロータを同一のシャフト上に少なくても２台以上連結し、１台の該ロータにつき１台のステータを有する該永久磁石モータをそれぞれ個々に制御アンプでトルク制御する前記永久磁石モータの制御装置において、前記の各ロータの取り付け角度をずらして該シャフト上に取り付けることを特徴とする永久磁石モータの制御装置。
【請求項２】
同一シャフトに連結する永久磁石モータの特性は同一の特性とし、前記永久磁石モータの数量は偶数とし、前記永久磁石モータのロータは２台を1組として第１のロータともう一方の第２のロータの前記シャフトへの取り付け角度を電気角で３０度だけずらして前記シャフト上に取り付け、個々の制御アンプに与えられるトルク指令はすべて均等に分配とすることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石モータの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータのロータ部に永久磁石を用いた永久磁石モータのトルクリップルを抑制する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の永久磁石モータのトルクリップル低減手法を図３に示し、図３に基づいて説明する。
【０００３】
永久磁石モータ１には電力変換器１１１により三相の平衡した交流電圧が印加され、三相平衡した電流が流れる。
【０００４】
各相に流れる電流値は、永久磁石モータ１に取り付けられた位置検出器１０３のロータ位置情報により三相−ｄｑ変換器１０９にて、回転座標上において直流状態として扱えるｄ軸電流ｉｄとｑ軸電流ｉｑに変換される。
【０００５】
ｑ軸電流制御器１０７はｑ軸電流指令１０５とｑ軸電流ｉｑとの偏差を入力として、偏差が０となるようＰＩ調整器を介してｑ軸電圧指令ｖｑｒｅｆを出力する。
【０００６】
ｄ軸電流制御器１０８はｄ軸電流指令１０６とｄ軸電流ｉｄとの偏差を入力として、偏差が０となるようＰＩ調整器を介してｄ軸電圧指令ｖｄｒｅｆを出力する。
【０００７】
ｄ軸電圧指令ｖｄｒｅｆとｑ軸電圧指令ｖｑｒｅｆはｄｑ−三相変換器１１０にて永久磁石モータ１に取り付けられた位置検出器１０３のロータ位置情報により、平衡した三相交流電圧指令ｖｕｒｅｆ，ｖｖｒｅｆ，ｖｗｒｅｆに変換されを電力変換器１１１に与えられる。
【０００８】
なおd軸電流指令１０６およびq軸電流指令１０５はトルク指令発生器９からのトルク指令に基づいて電流指令生成器１０４により生成される。
【０００９】
このように構成して電流制御することでトルク指令が一定の条件では永久磁石モータ１に流れる電流は正弦波状に制御されるが、界磁の磁束が正弦波でない場合には図４に示すように主として回転周波数の６倍の周波数を持つトルクリップルが発生することが知られている。
【００１０】
特にステータの巻き線構造を集中巻構造とした場合には、一次側巻き線によって作られる一次磁束にも高調波成分が現れより大きなトルクリップルを発生する。
【００１１】
このようなトルクリップルを抑制する手段として特許文献１においては、トルクリップルと逆位相となるように人為操作によって位相設定された制振信号を発生させ、この制振信号とq軸電流指令値を乗算した値に人為操作で変化する定数を乗じて上記トルクリップルと同振幅となるよう設定された電流指令を脈動抑制電流発生器１０１により発生させq軸電流指令１０５に加算することでトルクリップルを打ち消すようにしている。
【００１２】
また特許文献２においては、永久磁石モータ１の極数と、位置検出器１０３のロータ位置情報と、トルクリップルの変動の上限と下限との差の平均値を予めメモリに記憶しておき、位置検出器１０３のロータ位置情報と永久磁石モータの極数とから、前記トルクリップルの位相データを演算し、前記トルクリップルの変動の上限と下限との差の平均値を振幅とし、且つ前記位相データを用いた正弦波関数によりトルク補正値をトルク指令補正器１０２にて演算する。
【００１３】
脈動抑制電流発生器１０１に代えてトルク指令補正器１０２の出力をトルク指令発生器９のトルク指令に加算することでトルクリップルを打ち消すようにしている。
【００１４】
いずれのトルクリップル抑制手段においても、トルクリップルの抑制するための電流指令やトルク指令は発生するトルクリップルを測定し試行錯誤を繰り返しながら決定される。
【００１５】
また、モータの回転が高速になるほどトルクリップルの周波数もあがり、周波数の高いトルクリップルを抑制するためには電流制御やトルク制御の応答を速くすることが必要であり、演算装置には高速化が要求される。
【特許文献１】特開２００１−３５２７９８号
【特許文献２】特許３７１９４２６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
解決しようとする問題点は、トルクリップルを抑制するための電流指令やトルク指令の決定には、発生するトルクリップルの測定を必要とし、試行錯誤を繰り返さなければならない点とモータが高周波数で駆動される際に演算装置の演算周期の関係からトルクリップルの補正が困難となる点である。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の請求項１では、モータのロータ部分に永久磁石を用いた永久磁石モータのロータを同一のシャフト上に少なくても２台以上連結し、１台のロータにつき１台のステータを有する永久磁石モータをそれぞれ個々に制御アンプでトルク制御する永久磁石モータの制御装置において、前記の各永久磁石モータで発生するトルクリップルを互いに打ち消すように前記の各ロータの取り付け角度をずらして前記シャフト上に取り付けることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項２では請求項１において同一シャフトに連結する永久磁石モータの特性は同一の特性とし、前記永久磁石モータの数量は偶数とし、前記永久磁石モータのロータは２台を1組として第１のロータともう一方の第２のロータの前記シャフトへの取り付け角度を電気角で３０度だけずらして前記シャフト上に取り付け、個々の制御アンプに与えられるトルク指令はすべて均等に分配とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
トルクリップルを抑制するための電流指令やトルク指令を生成する必要がなく、モータを高周波で駆動している際にもトルクリップルを抑制するために演算装置の高速化を必要としないで、シャフトから外部へ出力されるトルクリップルを効果的に抑制することができ、安定したトルクを出力するように永久磁石モータを制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
トルクリップルを抑制し安定したトルクを、シャフトを通して外部へ出力するという目的をトルクリップルを抑制するための電流指令やトルク指令の生成を必要とせず、また演算装置への負荷を増すことなしに実現した。
【実施例】
【００２１】
図１に本発明の請求項２の実施例を示し、図１に基づいて本発明の詳細な説明をする。
【００２２】
図1は同一シャフト上に連結する永久磁石モータの数量は2台とした例である。
【００２３】
永久磁石モータ１のロータ３と永久磁石モータ１と同特性を持つ永久磁石モータ２のロータ４はシャフト５を介して連結される。
【００２４】
この際、ロータ４の永久磁石６１〜６４の位置は、ロータ３の永久磁石６１〜６４の位置よりθだけずらして取り付け、永久磁石モータ１のステータ７と永久磁石モータ２のステータ８は同一の角度となるように取り付ける。
【００２５】
トルク指令発生器９のトルク指令はトルク指令分配器１０により制御アンプ１１と制御アンプ１２分配され、永久磁石モータ１は制御アンプ１１により、また永久磁石モータ２は制御アンプ１２により各々トルク制御される。
【００２６】
永久磁石モータ１を一定のトルク指令で運転した場合、図２（ａ）のような電気角１周期の6倍の周期を持つトルクリップルが発生するので、永久磁石モータ２にて永久磁石モータ１で発生するトルクリップルと振幅が同じで逆位相となるトルクリップルを発生することができれば永久磁石モータ１が発生するトルクリップルを打ち消すことができる。
【００２７】
トルクリップルの１周期は電気角で６０度であるので永久磁石モータ２にて逆位相のトルクリップルを発生させるには、ロータ３の永久磁石６１〜６４の位置に対してロータ４の永久磁石６１〜６４の位置は電気角で３０度ずれた位置に配置されていればよい。
【００２８】
すなわち永久磁石モータの極数をPとするとロータ４はロータ３に対して機械角で（１）式で表されるθだけずらしてシャフト５に取り付ければよい。
【００２９】
【数１】
2008306801.tif 000003
【００３０】
トルクリップルの振幅を同一にするためには制御アンプ１１と制御アンプ１２に同一のトルク指令が入力されるようにトルク指令分配器１０にてトルク指令発生器９のトルク指令を均等に分配すればよい。
【００３１】
図２は本発明の請求項２を適用し、ロータ４の永久磁石６１〜６４の位置をロータ３の永久磁石６１〜６４の位置に対して電気角で３０度ずらした位置に取り付け、制御アンプ１１および制御アンプ１２へのトルク指令を均等に分配した場合の永久磁石モータ１と永久磁石モータ２が発生するトルクリップルおよび永久磁石モータ１のトルクリップルと永久磁石モータ２のトルクリップルを合成したシャフト５に伝わるトルクを示している。
【００３２】
図２（ａ）の永久磁石モータ１が発生するトルクリップルに対して、図２（ｂ）の永久磁石モータ２が発生するトルクリップルは振幅が同じで逆位相となっているため、トルクリップは打ち消され、シャフト５に伝わるトルクは図２（ｃ）に示すようにトルクリップルは生じなくなる。
【００３３】
トルク指令や電流指令にトルクリップルの抑制値を重畳して制御する方式でなく、機械的な永久磁石の配置によりトルクリップルを打ち消すことにより、トルクリップルの周期が短くなる高周波数での駆動の場合においてもトルクリップルの発生を抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
永久磁石モータ１台あたりで発生するトルクリップルやコギングトルクを相殺し、永久磁石モータのシャフトを通して安定したトルク出力を提供することができるので産業上の利用の可能性は大いにある。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】請求項２の構成を示した図である。（実施例）
【図２】請求項２を適用した際の動作波形を示している。（実施例）
【図３】背景技術の構成を示したブロック図である。
【図４】背景技術を適用した際の動作波形を示している。
【符号の説明】
【００３６】
１          永久磁石モータ
２          永久磁石モータ
３          ロータ
４          ロータ
５          シャフト
６１        永久磁石
６２        永久磁石
６３        永久磁石
６４        永久磁石
７          ステータ
８          ステータ
９          トルク指令発生器
１０        トルク指令分配器
１１        制御アンプ
１２        制御アンプ
１０１      脈動抑制電流発生器
１０２      トルク指令補正器
１０３      位置検出器
１０４      電流指令生成器
１０５      ｑ軸電流指令
１０６      ｄ軸電流指令
１０７      ｑ軸電流制御器
１０８      ｄ軸電流制御器
１０９      三相−ｄｑ変換器
１１０      ｄｑ−三相変換器
１１１      電力変換器
【図１】
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【図２】
2008306801.tif 000005
【図３】
2008306801.tif 000006
【図４】
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