(57)【要約】      （修正有）【課題】  従来のモータの振動抑制方法では，モータ回転時に発生するフレーム振動の検出信号から、振動の抑制を行っていた。フレームの振動は多数の周波数成分からなるため、その操作を順次繰り返す必要があり、全ての振動を抑制するまでに長い時間を要した。【解決手段】  モータの回転動作を制御する制御系と、前記モータの回転動作に伴って生じる振動を検出するための振動検出手段と、前記振動検出手段により検出された信号を処理して、前記制御系へその処理後の信号をインプットすることによりモータの振動を抑制するモータの振動抑制方法において、モータ回転時に発生する振動を検出して、特定の周波数成分を持った全ての振動を抑制できるよう複数のパラメータを決定し、当該パラメータを用いた処理後の信号を前記制御系へ一括してインプットし、特定の周波数成分を持った全ての振動を同時に抑制する。【選択図】  図５
2007252053.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの回転動作を制御する制御系と、前記モータの回転動作に伴って生じる振動を検出するための振動検出手段と、前記振動検出手段により検出された信号を処理して、前記制御系へその処理後の信号をインプットすることによりモータの振動を抑制するモータの振動抑制方法において、モータ回転時に発生する振動を検出して、特定の周波数成分を持った全ての振動を抑制できるよう複数のパラメータを決定し、当該パラメータを用いた処理後の信号を前記制御系へ一括してインプットし、特定の周波数成分を持った全ての振動を同時に抑制することを特徴とするモータの振動抑制方法。
【請求項２】
モータは永久磁石同期モータであることを特徴とする請求項１記載のモータの振動抑制方法。
【請求項３】
請求項１及び２記載の振動抑制方法を用いた永久磁石同期モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は家庭用電化製品中に含まれる、又は産業用として広く用いられるモータの振動抑制技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石の性能向上や価格の低下に伴い高効率運転が可能な永久磁石同期モータの需要が高まっているが，永久磁石同期モータは、永久磁石磁束の空間高調波，モータ構造の不完全性，センサゲインの不平衡とオフセット，及びインバータのデッドタイム等電流制御系の不完全性によって脈動トルクが発生する。
【０００３】
さらに，現在の小型化への要求から今後ますます脈動トルクが増大し，フレーム振動や騒音の発生および機械特性の劣化を招くばかりでなく、速度変動により制御精度を悪化させることがあるため、対策が必要となっている。
【０００４】
モータのフレーム振動発生の原因となる脈動トルクを抑制する方法としては、例えば、特開2001-037287号公報がある。この方法では、モータ回転時に発生するフレーム振動を加速度センサにより検出し、検出した加速度信号から振動に寄与する単一の周波数成分を抽出した後、その成分に対して補償信号を生成せしめ、当該の信号をモータの制御系へインプットすることで振動の抑制を行っている。振動に係わる周波数成分全てに対して、前記の操作を逐次繰返すことによって全ての振動を抑制していく方法である。
【０００５】
【特許文献１】特開2001-037287号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし，上記した従来の技術では、振動に係わる複数の周波数成分を個別に順次補償していくため、全ての振動の抑制に多くの時間を要していた。
【０００７】
そこで，本発明の目的は、振動抑制性能を劣化させること無く振動抑制に要する時間を短縮することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係わるモータの振動抑制方法は、モータの回転動作を制御する制御系と、前記モータの回転動作に伴って生じる振動を検出するための振動検出手段と、前記振動検出手段により検出された信号を処理して、前記制御系へその処理後の信号をインプットすることによりモータの振動を抑制するモータの振動抑制方法において、モータ回転時に発生する振動を検出して、特定の周波数成分を持った全ての振動を抑制できるよう複数のパラメータを決定し、当該パラメータを用いた処理後の信号を前記制御系へ一括してインプットし、特定の周波数成分を持った全ての振動を同時に抑制することを特徴とする。又、その方法において、モータは永久磁石同期モータであることを特徴とする。さらに、その方法を用いた永久磁石同期モータである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば，モータ駆動時にモータフレーム上に発生する複数の振動周波数成分を同時に抑制可能であるため，これまでのように逐次振動抑制する手法に比べ，振動抑制に要する時間を短縮できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本手法では，発生するトルク脈動が周期関数として発生することを利用し，周期的外乱に対して優れた抑制効果をもつ繰返し制御をフーリエ級数展開とともに用いる。これにより，繰返し制御に用いるパラメータを各振動周波数成分に対して独立に設定できるため，安定した制御が可能である。すなわち，繰返し制御の安定化条件を満足するか否かは，繰返し制御に用いるパラメータを適切に設定できるか否かによって決まる．以下このパラメータを自動で適切な値に設定するための、繰返し制御パラメータ自動調整アルゴリズム(PAT： Parameter Auto Tuning)について記す。
【００１１】
ここで数式(1)は，繰返し制御系の安定化条件である。パラメータ自動調整アルゴリズム(PAT)とは，数式(1)を満足するような繰返し制御パラメータを，振動抑制制御前後における振動周波数成分の振幅の抑制率をもとに，オンラインで探索するアルゴリズムである。
【００１２】
【数１】
2007252053.tif 000003
【００１３】
ここでCは、上述の繰返し制御パラメータによって構成される繰返し制御安定化補償器の伝達関数、Pは生成した補償信号から抽出した振動周波数成分までの伝達関数を示す。
【００１４】
適切なパラメータを得る流れを、図１を用いて説明する。図１は
2007252053.tif 000004
のナイキスト線図における
2007252053.tif 000005
周波数成分の動作点を示したものである。さてこの成分に対して安定に振動抑制を実行するためには（又は数1を満たすには），繰返し制御パラメータを適切に変化させることで，図１に示す安定領域にこの動作点を移動させる必要がある。
2007252053.tif 000006
はこの繰返し制御パラメータによって構成される。ここで，繰返し制御パラメータにはゲインに関するパラメータである
2007252053.tif 000007
と位相に関するパラメータ
2007252053.tif 000008
がある。
【００１５】
ここで図２は、例として，粗く繰返し制御パラメータ
2007252053.tif 000009
および
2007252053.tif 000010
を変化させた場合に移動しうる動作点を示したものである。この図より，繰返し制御パラメータ
2007252053.tif 000011
および
2007252053.tif 000012
を変化させていき，振動成分の抑制率を調べることで，適切な繰返し制御パラメータ
2007252053.tif 000013
および
2007252053.tif 000014
をオンラインで決定できる。したがって動作点を安定化領域に移動可能であり，その結果振動抑制が実現される。
【００１６】
また実際には，振動周波数成分の減衰特性を急峻なものにするためにより狭い安定領域を設ける場合もあるが，その場合においても本パラメータ自動調整法によって得られた繰返し制御パラメータを適用することで，振動抑制が達成される。
【００１７】
図３に発明した同時振動抑制を利用した制御系全体の構成図を示す。また図４に図３の振動抑制制御系の詳細を示し，図５には図４の繰返し制御系の構成図を示す。ただし，図４の太線はベクトルを表し細線はスカラーを表している。ここで，図4の中のRとPATはそれぞれ，多重化された繰返し制御系とパラメータ自動調整(PAT)を示す。また，
2007252053.tif 000015
は予め設定した抑制すべき振動周波数成分の個数を表し、
2007252053.tif 000016
、
2007252053.tif 000017
そして
2007252053.tif 000018
である。 
2007252053.tif 000019
は，フーリエ級数展開により抽出した振動周波数成分ベクトルを示す。また， 
2007252053.tif 000020
および
2007252053.tif 000021
は，これまで度々出てきた繰返し制御パラメータのことである。本システムは，モータ駆動時にモータフレーム上に発生する脈動トルクに起因する振動周波数成分を加速度センサにより検出し，得られた振動加速度信号に対して、複数の振動周波数補償信号を同時に発生させ、当該の信号を一括して制御系へインプットすることでモータのフレーム振動を抑制するものである。  
【実施例】
【００１８】
図６に本実施例に用いた装置を示す．制御対象としては，本研究室が所有するモータの中でも特に振動が顕著であり，今後自動車の主機あるいはエアコンのコンプレッサを初め様々な分野での使用が期待される埋込磁石同期モータ(IPMSM :Interior Permanent Magnet Synchronous Motor )を対象とした．また，モータのフレームは防振ゴムにより支持され，負荷側のフレームはボルトを用いてベースに固定されている。ここで，ロータ位置の検出，フーリエ級数展開そして繰返し制御を行うためにロータリーエンコーダを使用し，脈動トルクに起因して発生する振動加速度成分のみを検出するため，モータフレーム上図５丸の位置に加速度センサを取り付けた。
【００１９】
ここでは，埋込磁石同期モータ(IPMSM
)において，主要な振動周波数成分である
2007252053.tif 000022
，
2007252053.tif 000023
および
2007252053.tif 000024
振動周波数成分に対して振動抑制の結果を示す。図７には、従来提案されている振動周波数成分逐次補償方式に基づく振動抑制結果を、図８には、本発明による同時振動抑制法に基づく振動抑制結果を示す。また，図８には、各振動周波数成分に対する振動抑制率を記した。
【００２０】
これまでの手法では数ある振動周波数成分に対して逐次補償信号を生成し抑制を行うため，予め設定した全振動周波数成分を抑制するのに長い時間を要した。一方，図８から分かるように，本発明である同時振動抑制法では，予め設定した全振動周波数成分に対して同時に補償信号を生成し，抑制するため，振動抑制に要する時間は大幅に短縮されている。また，図８に示した抑制率からも，同時振動抑制の振動抑制効果の高さが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明によれば、永久磁石同期モータの振動を極めて短時間に抑制できるので、モータを含む器具や装置の長期間に及ぶ信頼性向上等、産業の発展に資すること極めて大である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】繰返し制御の安定化条件である。
【図２】パラメータ自動調整の説明のための図である。
【図３】本発明全体の構成図である。
【図４】振動抑制制御系の構成図である。
【図５】多重化された繰返し制御系の構成図である。
【図６】本実施例に用いた実験装置である。
【図７】従来法による実験結果である。
【図８】本発明による同時振動抑制による実験結果である。
【図１】
2007252053.tif 000025
【図２】
2007252053.tif 000026
【図３】
2007252053.tif 000027
【図４】
2007252053.tif 000028
【図５】
2007252053.tif 000029
【図６】
2007252053.tif 000030
【図７】
2007252053.tif 000031
【図８】
2007252053.tif 000032
【手続補正書】
【提出日】平成18年3月17日(2006.3.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は家庭用電化製品中に含まれる、又は産業用として広く用いられるモータの振動抑制技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石の性能向上や価格の低下に伴い高効率運転が可能な永久磁石同期モータの需要が高まっているが，永久磁石同期モータは、永久磁石磁束の空間高調波，モータ構造の不完全性，センサゲインの不平衡とオフセット，及びインバータのデッドタイム等電流制御系の不完全性によって脈動トルクが発生する。 
【０００３】
さらに，現在の小型化への要求から今後ますます脈動トルクが増大し，フレーム振動や騒音の発生および機械特性の劣化を招くばかりでなく、速度変動により制御精度を悪化させることがあるため、対策が必要となっている。
【０００４】
モータのフレーム振動発生の原因となる脈動トルクを抑制する方法としては、例えば、特開2001-037287号公報がある。この方法では、モータ回転時に発生するフレーム振動を加速度センサにより検出し、検出した加速度信号から振動に寄与する単一の周波数成分を抽出した後、その成分に対して補償信号を生成せしめ、当該の信号をモータの制御系へインプットすることで振動の抑制を行っている。振動に係わる周波数成分全てに対して、前記の操作を逐次繰返すことによって全ての振動を抑制していく方法である。
【０００５】
【特許文献１】特開2001-037287号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし，上記した従来の技術では、振動に係わる複数の周波数成分を個別に順次補償していくため、全ての振動の抑制に多くの時間を要していた。
【０００７】
そこで，本発明の目的は、振動抑制性能を劣化させること無く振動抑制に要する時間を短縮することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係わるモータの振動抑制方法は、モータの回転動作を制御する制御系と、前記モータの回転動作に伴って生じる振動を検出するための振動検出手段と、前記振動検出手段により検出された信号を処理して、前記制御系へその処理後の信号をインプットすることによりモータの振動を抑制するモータの振動抑制方法において、モータ回転時に発生する振動を検出して、特定の周波数成分を持った全ての振動を抑制できるよう複数のパラメータを決定し、当該パラメータを用いた処理後の信号を前記制御系へ一括してインプットし、特定の周波数成分を持った全ての振動を同時に抑制することを特徴とする。又、その方法において、モータは永久磁石同期モータであることを特徴とする。さらに、その方法を用いた永久磁石同期モータである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば，モータ駆動時にモータフレーム上に発生する複数の振動周波数成分を同時に抑制可能であるため，これまでのように逐次振動抑制する手法に比べ，振動抑制に要する時間を短縮できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本手法では，発生するトルク脈動が周期関数として発生することを利用し，周期的外乱に対して優れた抑制効果をもつ繰返し制御をフーリエ級数展開とともに用いる。これにより，繰返し制御に用いるパラメータを各振動周波数成分に対して独立に設定できるため，安定した制御が可能である。すなわち，繰返し制御の安定化条件を満足するか否かは，繰返し制御に用いるパラメータを適切に設定できるか否かによって決まる．以下このパラメータを自動で適切な値に設定するための、繰返し制御パラメータ自動調整アルゴリズム(PAT: Parameter Auto Tuning)について記す。
【００１１】
ここで数式(1)は，繰返し制御系の安定化条件である。パラメータ自動調整アルゴリズム(PAT)とは，数式(1)を満足するような繰返し制御パラメータを，振動抑制制御前後における振動周波数成分の振幅の抑制率をもとに，オンラインで探索するアルゴリズムである。 
【００１２】
【数１】
2007252053.tif 000033
【００１３】
ここでCは、上述の繰返し制御パラメータによって構成される繰返し制御安定化補償器の伝達関数、Pは生成した補償信号から抽出した振動周波数成分までの伝達関数を示す。
【００１４】
適切なパラメータを得る流れを、図１を用いて説明する。図１は|1-C(jnω)P(jnω)|のナイキスト線図におけるnf周波数成分の動作点を示したものである。さてこの成分に対して安定に振動抑制を実行するためには（又は式(1)を満たすには），繰返し制御パラメータを適切に変化させることで，図１に示す安定領域にこの動作点を移動させる必要がある。C(jnω)はこの繰返し制御パラメータによって構成される。ここで，繰返し制御パラメータにはゲインに関するパラメータであるk1と位相に関するパラメータk2がある。
【００１５】
ここで図２は、例として，粗く繰返し制御パラメータk1およびk2を変化させた場合に移動しうる動作点を示したものである。この図より，繰返し制御パラメータk1およびk2を変化させていき，振動成分の抑制率を調べることで，適切な繰返し制御パラメータk1およびk2をオンラインで決定できる。したがって動作点を安定化領域に移動可能であり，その結果振動抑制が実現される。
【００１６】
また実際には，振動周波数成分の減衰特性を急峻なものにするためにより狭い安定領域を設ける場合もあるが，その場合においても本パラメータ自動調整法によって得られた繰返し制御パラメータを適用することで，振動抑制が達成される。 
【００１７】
図３に発明した同時振動抑制を利用した制御系全体の構成図を示す。また図４に図３の振動抑制制御系の詳細を示し，図５には図４の繰返し制御系の構成図を示す。ただし，図４の太線はベクトルを表し細線はスカラーを表している。ここで，図4の中のRとPATはそれぞれ，多重化された繰返し制御系とパラメータ自動調整(PAT)を示す。また，mは予め設定した抑制すべき振動周波数成分の個数を表し、α=[α1,α2,…αm]’ 、k1=[k11,k12,…k1m]’そしてk2=[k21,k22,…k2m]’である。 
αは、フーリエ級数展開により抽出した振動周波数成分ベクトルを示す。また，
k1およびk2は，これまで度々出てきた繰返し制御パラメータのことである。本システムは，モータ駆動時にモータフレーム上に発生する脈動トルクに起因する振動周波数成分を加速度センサにより検出し，得られた振動加速度信号に対して、複数の振動周波数補償信号を同時に発生させ、当該の信号を一括して制御系へインプットすることでモータのフレーム振動を抑制するものである。  
【実施例】
【００１８】
図６に本実施例に用いた装置を示す．制御対象としては，本研究室が所有するモータの中でも特に振動が顕著であり，今後自動車の主機あるいはエアコンのコンプレッサを初め様々な分野での使用が期待される埋込磁石同期モータ(IPMSM :Interior Permanent Magnet Synchronous Motor )を対象とした．また，モータのフレームは防振ゴムにより支持され，負荷側のフレームはボルトを用いてベースに固定されている。ここで，ロータ位置の検出，フーリエ級数展開そして繰返し制御を行うためにロータリーエンコーダを使用し，脈動トルクに起因して発生する振動加速度成分のみを検出するため，モータフレーム上図５丸の位置に加速度センサを取り付けた。
【００１９】
ここでは，埋込磁石同期モータ(IPMSM )において，主要な振動周波数成分である6f，12f，18fおよび振動周波数成分に対して振動抑制の結果を示す。図７には、従来提案されている振動周波数成分逐次補償方式に基づく振動抑制結果を、図８には、本発明による同時振動抑制法に基づく振動抑制結果を示す。また，図８には、各振動周波数成分に対する振動抑制率を記した。
【００２０】
これまでの手法では、数ある振動周波数成分に対して逐次補償信号を生成し抑制を行うため，予め設定した全振動周波数成分を抑制するのに長い時間を要した。一方，図８から分かるように，本発明である同時振動抑制法では，予め設定した全振動周波数成分に対して同時に補償信号を生成し，抑制するため，振動抑制に要する時間は大幅に短縮されている。また，図８に示した抑制率からも，同時振動抑制の振動抑制効果の高さが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明によれば、永久磁石同期モータの振動を極めて短時間に抑制できるので、モータを含む器具や装置の長期間に及ぶ信頼性向上等、産業の発展に資すること極めて大である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】繰返し制御の安定化条件である。
【図２】パラメータ自動調整の説明のための図である。
【図３】本発明全体の構成図である。
【図４】振動抑制制御系の構成図である。
【図５】多重化された繰返し制御系の構成図である。
【図６】本実施例に用いた実験装置である。
【図７】従来法による実験結果である。
【図８】本発明による同時振動抑制による実験結果である。