JPH0755074B2 - Motor holding torque control method - Google Patents
Motor holding torque control methodInfo
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- JPH0755074B2 JPH0755074B2 JP1284889A JP28488989A JPH0755074B2 JP H0755074 B2 JPH0755074 B2 JP H0755074B2 JP 1284889 A JP1284889 A JP 1284889A JP 28488989 A JP28488989 A JP 28488989A JP H0755074 B2 JPH0755074 B2 JP H0755074B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は同期形サーボモータの保持トルクの制御方法に
関するものである。The present invention relates to a method for controlling a holding torque of a synchronous servo motor.
従来のロボット駆動用サーボモータにおける電磁ブレー
キを組み込んだサーボモータの構造を第9図に示す。FIG. 9 shows the structure of a servo motor incorporating an electromagnetic brake in a conventional robot drive servo motor.
第9図に示す従来のサーボモータは、ブレーキ部11に内
蔵した電磁ブレーキの励磁により、保持(制動)トルク
を発生させるため、強力な磁気回路が必要となり通常数
百ターン巻かれた銅線コイルと鉄による構成部品が必要
であるため、保持(制動)トルクに比較してその重量は
非常に大きくなり、またモータ内にしめるブレーキ部の
体積も第9図の様に非常に大きなものになっている。ま
たブレーキ用に直流の別電源も必要であるなどの欠点が
ある。The conventional servomotor shown in FIG. 9 generates a holding (braking) torque by exciting an electromagnetic brake built in the brake unit 11, so a strong magnetic circuit is required, and usually a copper wire coil wound several hundred turns. Since the component parts made of steel and iron are required, its weight is much larger than the holding (braking) torque, and the volume of the brake part that can be installed in the motor is also very large as shown in Fig. 9. There is. There is also a drawback that a separate DC power source is required for the brake.
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、小形
化できる非接触の保持トルク発生構造とその駆動方法を
提供することを課題とするものである。The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a non-contact holding torque generating structure that can be downsized and a driving method thereof.
本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、
固定子に多相交流巻線を有し、回転子に永久磁石を用い
て界磁が構成される同期形交流モータにおいて、モータ
内の固定子と回転子にモータ極対数と同数の磁性材料に
より構成された凸形のティースと、それと対向して配置
された同数の永久磁石を設け、モータ軸保持時には、対
向した凸形ティースと永久磁石間で働く回転方向吸引力
(ホールディングトルク)によりモータ軸を保持し、駆
動時には、凸形ティースと永久磁石による保持トルクに
より発生するブレーキ部分のモータと同極の脈動をモー
タ指令電流に直流電流分を付加することにより、モータ
部に脈動と逆相のコギングトルクを発生させることで相
殺させ通常のコギングトルクのない出力を得るようにし
たものである。The present invention has been made to solve the above problems,
In a synchronous AC motor that has a multi-phase AC winding in the stator and a field is formed by using permanent magnets in the rotor, the stator and rotor in the motor are made of the same magnetic material as the number of motor pole pairs. The configured convex teeth and the same number of permanent magnets facing each other are provided. When the motor shaft is held, the motor shaft is held by the attracting force (holding torque) in the rotating direction that acts between the facing convex teeth and the permanent magnets. The pulsation of the same polarity as the motor of the brake part generated by the holding torque by the convex teeth and the permanent magnets is added to the motor command current by adding the direct current component to the The cogging torque is generated to cancel each other to obtain a normal output having no cogging torque.
第1図は本発明にかゝる保持トルク発生装置(モータ極
数が8極の場合を例示)をモータに組み込んだ場合の実
施例の断面図、第2図は保持トルク発生装置部分のX−
X線断面図、第3図はモータ制御回路図で、本発明にか
ゝる保持トルク発生装置は第2図に示すように、モータ
と同極対数の磁性凸形ティース1を持ったリング2とロ
ータ4に取りつけられた凸形ティース1と対向させて配
置された同数の永久磁石3から構成されている。FIG. 1 is a cross-sectional view of an embodiment in which a holding torque generating device according to the present invention (an example in which the number of motor poles is 8) is incorporated into a motor, and FIG. 2 is an X of the holding torque generating device portion. −
X-ray sectional view, FIG. 3 is a motor control circuit diagram, and the holding torque generating device according to the present invention is, as shown in FIG. 2, a ring 2 having magnetic convex teeth 1 having the same number of pole pairs as the motor. And the convex teeth 1 attached to the rotor 4 and the same number of permanent magnets 3 arranged to face each other.
第1図中、6はフレーム、7はステータ、8はベアリン
グ、9はセンサ部である。今、第1図において、ティー
ス付リング2を固定して、ロータ4を時計回りに回転さ
せるときに発生するトルクTB(ホールディングトルク)
は 但しw:ギャップに蓄えられた磁気エネルギー θ:回転角(機械角) で与えられる。wは 但しH(θ):磁石の起磁力 P(θ):パーミアンス l:磁石の厚さ であり、さらにティースの数をNとし、を電気角とす
ると、回転されるに必要なトルク(保持トルク)TBは (但しθ=N・) と書き表わせる。ここで上式の中括弧内が正弦波になる
様にティースと永久磁石間のギャップを製作すれば、中
括弧内をAsin(N・)とおけるので、TBは となる。In FIG. 1, 6 is a frame, 7 is a stator, 8 is a bearing, and 9 is a sensor part. Now, in FIG. 1, torque T B (holding torque) generated when the toothed ring 2 is fixed and the rotor 4 is rotated clockwise.
Is However, w: magnetic energy stored in the gap θ: given by the rotation angle (mechanical angle). w is Where H (θ) is the magnetomotive force of the magnet P (θ) is the permeance l is the thickness of the magnet, and the number of teeth is N and the electrical angle is the torque required for rotation (holding torque). T B is (However, θ = N ·) can be written. If the gap between the tooth and the permanent magnet is made so that the inside of the braces in the above equation becomes a sine wave, the inside of the braces will be Asin (N), so T B is Becomes
また、同期機に直流電流Ifを付加させてモータの出力軸
を回転させる事を考える。これを第4図に示す2相の電
動機モデルで考えると、同期機の場合、回転子電流はiA
=O,iB=Iとおける。その時、回転子を固定子と任意の
角度の所で吸引して止めようとすると、固定子電流i
α,iβにはそれぞれiα=Ifcos,iβ=Ifsinを流せ
ば良い。またその状態で出力軸を回転させてやると、モ
ータはコギングトルクTeを発生し、そのトルクTeは Te=P・M・(iα・iA−iβ・iB) 但しp:極対数 M:相互インダクタンス で表わされ Te=−P・M・I・Ifsin となり、M・I=Φとおくと、 Te=−P・Φ・Ifsin ……(2) となる。Also, consider adding a DC current If to the synchronous machine to rotate the output shaft of the motor. Considering this in the two-phase motor model shown in FIG. 4, in the case of a synchronous machine, the rotor current is i A
= O, i B = I. At that time, if the rotor is attracted and stopped at an arbitrary angle with the stator, the stator current i
i α = I f cos and i β = I f sin may be applied to α and i β , respectively. Also when'll rotate the output shaft in this state, the motor generates the cogging torque T e, the torque T e is T e = P · M · ( i α · i A -i β · i B) where p : Number of pole pairs M: Mutual inductance is expressed as T e = -P ・ M ・ I ・ I f sin, and if M ・ I = Φ, then T e = −P ・ Φ ・ I f sin …… (2 ).
(1)式で表わされる保持トルクのトルク変動と、
(2)式で表わされるコギングトルクのトルク変動を示
すと、第5図(a)及び第5(b)に示す通りである。Torque fluctuation of the holding torque expressed by the equation (1),
The torque fluctuation of the cogging torque expressed by the equation (2) is shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b).
(1),(2)式ともに正弦波であるために、 となる様にブレーキティース数Nと直流電流Ifを選定す
れば、第5図(c)の様にモータの直流電流により発生
するコギングトルクで凸形ティースのついたディスクと
永久磁石により発生する保持トルクを互いに打ち消すこ
とができる。Since both equations (1) and (2) are sinusoidal, If the number N of brake teeth and the direct current I f are selected so that, the cogging torque generated by the direct current of the motor is generated by the disk with the convex teeth and the permanent magnet as shown in FIG. 5 (c). The holding torques can cancel each other out.
(TB+Te=0) 故に上記の様にIfとNを設定すれば、第1図の構造のモ
ータにおいて、モータ回転時にはモータ指令電流Iに直
流Ifを付加させて運転する事により、保持トルク発生部
分で発生するホールディングトルクによるコギングをモ
ータ内で打ち消して通常のコギングトルクのない出力を
取り出す事ができる。(制御部における直流電流Ifの付
加部分を第3図に示す。) 一方停止時などを想定すると、モータ電流Iと直流電流
Ifが共に0であるので、前述の保持トルク発生部分の保
持トルクのみが働き、モータ出力軸は保持トルクにより
固定される。(T B + T e = 0) Therefore, if I f and N are set as described above, in the motor having the structure shown in FIG. 1, when the motor rotates, the direct current I f is added to the motor command current I to operate the motor. The cogging due to the holding torque generated in the holding torque generating portion can be canceled in the motor, and the normal output without the cogging torque can be taken out. (FIG. 3 shows the portion of the control unit to which the direct current I f is added.) On the other hand, assuming a stop time, the motor current I and the direct current I f
Since both I f are 0, only the holding torque of the holding torque generating portion described above works and the motor output shaft is fixed by the holding torque.
したがってモータ運転中に指令電源が切れた場合にはモ
ータロータの回転は通常のダイナミックブレーキにより
制動され(モータに抵抗を接続する)最終的には保持ト
ルクにより、ロータは永久磁石と凸形ティースが対向す
る任意の場所で保持され停止する。Therefore, if the command power is cut off during motor operation, the rotation of the motor rotor is braked by the normal dynamic brake (connecting a resistor to the motor) and finally the holding torque causes the rotor to face the permanent magnet and convex teeth. Hold anywhere you want to stop.
第6図に実際の3相の同期機に適用した場合の保持トル
ク発生機構の制御部を含むモータドライブ回路図を示
す。FIG. 6 shows a motor drive circuit diagram including a control unit of a holding torque generating mechanism when applied to an actual three-phase synchronous machine.
上記の様な駆動方法と、永久磁石をとりつけたロータを
ティースのついたうすい円板の保持トルク発生構造によ
り、従来のブレーキに比べて非常に薄形の保持トルクの
発生機構の製作が可能となる。By using the above driving method and the holding torque generating structure of a thin disk with teeth attached to the rotor with permanent magnets attached, it is possible to manufacture a holding torque generating mechanism that is extremely thin compared to conventional brakes. Become.
第7図は異なる実施例を示すもので、凸形ティース付ブ
レーキディスク23を回転軸5に設け、両側にヨーク20を
設けたブレーキ用永久磁石3をフレーム21に設けた構造
としてギャップがアキシャル方向になるようにしたもの
である。FIG. 7 shows a different embodiment, in which the brake disc 23 with convex teeth is provided on the rotary shaft 5, and the permanent magnet 3 for brake having the yokes 20 on both sides is provided on the frame 21 so that the gap is in the axial direction. It was made to become.
また、第8図に示すものは、モータ部のロータに永久磁
石3を保持トルク発生機構側に長く突出させ、ブレーキ
用の永久磁石として使用する場合の例を示すものであ
る。Further, FIG. 8 shows an example in which the permanent magnet 3 is projected to the holding torque generating mechanism side of the rotor of the motor portion for a long time and is used as a permanent magnet for braking.
以上述べた様に、本発明によれば (1).小形の薄平の保持トルク発生機構の製作が可能
となり、モータの体積が著しく小さくなる。As described above, according to the present invention (1). It is possible to manufacture a small and flat holding torque generating mechanism, and the motor volume is significantly reduced.
(2).ブレーキ用電源が不必要になる。(2). Brake power supply is unnecessary.
という大きな効果がある。There is a great effect.
第1図は本発明の実施例の断面図、第2図はX−X線断
面図、第3図は実施例の制御回路図、第4図は2相電動
機のモデル図、第5図はコギングトルクと保持トルクの
変化を示す図、第6図は3相同期機に適用した場合のド
ライブ回路図、第7図は異なる実施例(アキシャルギャ
ップタイプ)の断面図、第8図は他の異なる実施例の断
面図、第9図は従来の電磁ブレーキを組み込んだ場合の
モータの断面図である。 1……凸形ティース 2……リング 3……永久磁石 4……ロータ 5……回転軸 6……フレーム 7……ステータ 8……ベアリング 9……センサ部 10……センサ部 11……ブレーキ部 12……モータ部 20……ヨーク 21……フレーム 22……ギャップ 23……凸形ティース付ディスク1 is a sectional view of an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view taken along line XX, FIG. 3 is a control circuit diagram of the embodiment, FIG. 4 is a model diagram of a two-phase electric motor, and FIG. FIG. 6 is a diagram showing changes in cogging torque and holding torque, FIG. 6 is a drive circuit diagram when applied to a three-phase synchronous machine, FIG. 7 is a sectional view of a different embodiment (axial gap type), and FIG. FIG. 9 is a sectional view of a different embodiment, and FIG. 9 is a sectional view of a motor in which a conventional electromagnetic brake is incorporated. 1 ... Convex teeth 2 ... Ring 3 ... Permanent magnet 4 ... Rotor 5 ... Rotary shaft 6 ... Frame 7 ... Stator 8 ... Bearing 9 ... Sensor section 10 ... Sensor section 11 ... Brake Part 12 …… Motor part 20 …… Yoke 21 …… Frame 22 …… Gap 23 …… Convex toothed disc
Claims (1)
久磁石を用いて界磁が構成される同期形交流モータにお
いて、モータ内の固定子と回転子にモータ極対数と同数
の磁性材料により構成された凸形のティースとそれと対
向して配置された同数の永久磁石を設け、モータ軸保持
時には、対向した凸形ティースと永久磁石間で働く回転
方向吸引力(ホールディングトルク)によりモータ軸を
保持し、駆動時には、凸形ティースと永久磁石による保
持トルクにより発生するブレーキ部分のモータの同極の
脈動をモータ指令電流に直流電流分を付加することによ
り、モータ部に脈動と逆相のコギングトルクを発生させ
ることで相殺させ通常のコギングトルクのない出力を得
るようにしたことを特徴とするモータ保持トルクの制御
方法。1. In a synchronous AC motor having a stator having a multi-phase AC winding and a rotor having a permanent magnet for forming a field, a stator and a rotor in the motor have a number of motor pole pairs. Providing convex teeth made of the same number of magnetic materials and the same number of permanent magnets arranged facing them, when the motor shaft is held, attractive force in the rotating direction (holding torque) that acts between the opposing convex teeth and permanent magnets. ) Holds the motor shaft, and when driving, the pulsation of the same polarity of the motor of the brake part generated by the holding torque by the convex teeth and the permanent magnet is added to the motor command current by adding the direct current component to the pulsation of the motor part. A method of controlling a motor holding torque, characterized in that a cogging torque having an opposite phase is generated to cancel the cogging torque so as to obtain an output without a normal cogging torque.
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|---|---|---|---|---|
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-
1989
- 1989-11-02 JP JP1284889A patent/JPH0755074B2/en not_active Expired - Fee Related
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