JPH0786771B2 - モータ・ドライブ・システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明はモータと磁気レゾルバをロータどうしとステー
タどうしを結合して組合せ、磁気レゾルバの検出信号を
もとにモータの回転位置をフィードバック制御するモー
タ・ドライブ・システムに関するものである。

＜従来の技術＞ モータ・ドライブ・システムを用いてロボットアームを
駆動する場合には、アームの位置を確認するとき等にモ
ータの絶対回転位置を知りたい場合がある。

このような要求を満たすモータ・ドライブ・システムと
して、1XレゾルバとnXレゾルバを有し、これらのレゾル
バの検出信号をもとにモータの絶対回転位置を検出する
モータ・ドライブ・システムがある。

ここで、1Xレゾルバは、モータのロータが１回転する毎
に検出信号の位相が０゜から360゜まで変化するレゾル
バである。nXレゾルバは、モータのロータが1/n回転
（ｎは整数）する毎に検出信号の位相が０゜から360゜
まで変化するレゾルバである。

1Xレゾルバの検出信号の位相から1/n回転を分解能とし
てモータの回転位置を検出し、検出した1/n回転内にお
けるモータの回転位置をnXレゾルバの検出信号の位相か
ら検出することによってモータの絶対回転位置が検出さ
れる。

＜発明が解決しようとする課題＞ しかし、従来における1XレゾルバとnXレゾルバを設けた
モータ・ドライブ・システムでは、モータを転流制御す
るための信号を得ようとすると、モータのロータとステ
ータの歯の位相ずれを検出するセンサが1XレゾルバとnX
レゾルバとは別に必要となり、構成が複雑になるという
問題点があった。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたもの
であり、1XレゾルバとnXレゾルバとを設けたモータ・ド
ライブ・システムにおいて、nXレゾルバのロータの歯数
をモータのロータの歯数と同数にして、nXレゾルバの検
出信号からモータを転流制御するための信号を得られる
ようにしたことによって、1XレゾルバとnXレゾルバの他
にセンサを設けることなく簡単な構成でモータを転流制
御するための信号が得られるモータ・ドライブ・システ
ムを実現することを目的とする。

＜課題を解決するための手段＞ 本発明は、 モータと磁気レゾルバをロータどうしとステータどうし
を結合して組合せ、磁気レゾルバの検出信号をもとにモ
ータの回転位置をフィードバック制御するモータ・ドラ
イブ・システムにおいて、 ロータが１回転する毎に検出信号の位相が０゜から360
゜まで変化する1Xレゾルバと、 ロータの歯数がモータのロータの歯数と同数になってい
て、ロータが1/n回転（ｎは整数）する毎に検出信号の
位相が０゜から360゜まで変化するnXレゾルバと、 前記1Xレゾルバ及びnXレゾルバの検出信号の位相をパル
スでカウントする1Xカウンタ及びnXカウンタと、 前記1Xカウンタのカウントから1/n回転を分解能として
モータの回転位置を検出し、検出した1/n回転内におけ
るモータの回転位置を前記nXカウンタのカウントから検
出し、これらの検出値を合成してモータの絶対回転位置
を求める合成回路と、 前記nXカウンタのカウントからモータを転流制御するた
めの信号を生成する信号生成手段と、 を具備したことを特徴とするモータ・ドライブ・システ
ムである。

＜実施例＞ 以下、図面を用いて本発明を説明する。

第１図は本発明の一実施例の要部構成図であり、モータ
と磁気レゾルバの機構を示した断面図である。

図で、１はアウタロータ形のダイレクト・ドライブ・モ
ータ、2,3はモータ１の回転を検出する磁気レゾルバで
ある。

モータ１で、11はステータ、12はロータ、13はロータ12
をステータ11に回転可能に支持する軸受である。

ステータ11で、111は円筒状のステータフランジ、112は
非磁性体材料で構成されていてステータフランジ111の
外周面に固定されたシールドリング、113はシールドリ
ング112の外周面に固定されたステータコアである。114
はステータコア113に巻かれたコイル、115はステータコ
ア113のスタック間に挟み込まれた永久磁石である。ス
テータコア113はコイル14と永久磁石115が発生する磁界
の磁気回路を構成する。116はステータフランジ111が固
定された下部フランジ、117は軸受13を一端側から挟み
込むクランプである。

ロータ12で、121は円筒状のロータフランジ、122はロー
タフランジ121の内周面に固定されていてロータの磁気
回路を構成するロータコア、123と124はロータフランジ
121の両端が固定された上部フランジと支持フランジ、1
25は軸受13を一端側から挟み込むクランプである。

磁気レゾルバ２は、ステータ11とロータ12にそれぞれ一
体に固定されたステータ21とロータ部22からなる。

ステータ部21において、211は非磁性リング、212は磁性
材料を積層したコア、213は絶縁材料214を介してコア21
2に巻かれたコイルである。非磁性リング211とコア212
は接着剤で互いに固定されている。

ロータ部22において、221は非磁性リング、222は磁性材
料を積層したコアで、これらもステータ部と同様に接着
剤で固定されている。

nXレゾルバのロータに形成された歯の数はモータのロー
タに形成された歯の数と同数になっている。

磁気レゾルバ３は、ステータ部21とロータ部22にそれぞ
れ一体に固定されたステータ部31とロータ部32からな
る。

ステータ部31とロータ部32は、設けられたコアは１個ず
つであるが、磁気レゾルバ２のステータ部とロータ部と
同様な構成になっている。ただ、ステータ部とロータ部
に設けられた歯数は磁気レゾルバ２と異なる。

磁気レゾルバ２と３は、ロータ部、ステータ部ともコア
先と非磁性リングは同心円上になるように加工されてい
る。

磁気レゾルバ２はモータ１が1/n回転する毎に検出信号
の位相が０゜から360゜まで変化するnXレゾルバ（ｎは
整数）で、磁気レゾルバ３はモータ１が１回転する毎に
検出信号の位相が０゜から360゜まで変化する1Xレゾル
バである。

このため、磁気レゾルバ３は1/n回転を分解能としてモ
ータの回転を検出し、磁気レゾルバ２は検出した1/n回
転内でのモータの回転位置を検出する。

第２図は磁気レゾルバが組込まれる前の状態を示した分
解図である。

磁気レゾルバ２と３はモジュール化されていて、組立て
が完成した状態でアクチュエータに組込まれる。組込み
は、非磁性リング211と311がフランジ116に嵌合され、
非磁性リング221と321がフランジ124に嵌合され接着さ
れることによって行なわれる。

磁気レゾルバは外部応力に弱いため、嵌合と接着を併用
して固定している。

モータ・ドライブ・システムがインクリメンタル方式だ
けのものでよい場合はnXレゾルバのみを取付け、絶対回
転位置の検出機能までも必要な場合はnXレゾルバの他に
オプションとして1Xレゾルバを取付ける。

次に、このような磁気レゾルバの検出信号を用いてモー
タを制御する制御回路の構成について説明する。第３図
で第１図と同一のものは同一符号を付ける。

第３図において、10と11はnXレゾルバと1Xレゾルバがそ
れぞれ接続されたレゾルバインタフェイス（以下、イン
タフェイスをI/Fとする）、12はレゾルバI/F10からの信
号をアナログ電圧の速度検出信号にして帰還するF/V変
換器、13はnXレゾルバ２の励磁信号SIG0と出力信号SIG1
の位相差からnXレゾルバの検出位相を計測するnXカウン
タ、14はレゾルバI/F11から送られてくる1Xレゾルバ３
の励磁信号AB0と出力信号AB1の位相差から1Xレゾルバ３
の検出位相を計測する1Xカウンタである。

15はnXカウンタ13と1Xカウンタ14の計測値を用いてモー
タ１の絶対回転位置を算出する合成回路、16はnXカウン
タ13または合成回路15の出力を選択的に位置検出信号と
して帰還させるスイッチである。

17は合成回路15で算出した絶対回転位置をＡ相パルスと
Ｂ相パルスまたはアップパルスとダウンパルスにして発
生するパルス発生回路、18はパルス発生回路17によって
与えられた絶対回転位置を基準としてインクリメンタル
な位置指令値の信号をアップ／ダウンパルスで出力する
位置指令コントローラである。

19は指令位置コントローラ18の出力パルスのパルス数を
積算する積算カウンタ、20は位置指令値と位置帰還値の
偏差をとる減算器、21は偏差をもとにモータ１の回転位
置をフィードバック制御する位置制御部、22は位置制御
部21の制御信号をデジタル／アナログ変換（以下、D/A
変換とする）するD/A変換器である。

23は速度指令値となったD/A変換器22の出力と速度帰還
値の偏差をとる減算器、24は偏差信号を増幅する増幅器
である。

25と26は増幅器24によって振幅Ｉが与えられ、nXカウン
タ13の位相差カウントによって正弦波信号sinθ_ｅとsin
（θ_ｅ＋120゜）が与えられ、これらを乗算してIsinθ
_ｅとIsin（θ_ｅ＋120゜）なる電流指令値の信号を出力
するマルチプライングデジタル・アナログ変換器（以
下、MDAとする）である。

27はモータ１のコイルに流れている電流を検出して帰還
する電流検出回路、28は電流指令値と電流帰還値の偏差
をもとに生成されたPWM信号で駆動されて電流を流し、
この電流をモータのコイルに供給するブリッジ回路であ
る。

電流指令値はnXカウンタ13の位相差カウントをもとに生
成されていることから、nXレゾルバ２の検出信号により
モータの転流制御が行なわれることになる。請求範囲で
いう信号生成回路は、増幅器24及びMDA25,26からなる部
分に相当する。

このように構成したシステムの動作を説明する。

まず、絶対回転位置の検出動作を説明する。

第４図は磁気レゾルバの励磁信号と出力信号のタイムチ
ャートである。

これらの磁気レゾルバは位相変調形であるため、励磁信
号と出力信号の位相差をカウンタで計測することによ
り、nXレゾルバと1Xレゾルバの検出位相φnxとφ₁xが求
められる。

モータが１回転したときに位相φ_nxとφ_1xは第５図のよ
うに変化する。図の横軸の回転角は機械角である。

このような関係より、検出位相φ_1xの値より、検出位置
が検出位相φ_nxの何番目の周期に該当するかが検出され
る。検出産号ｉとこのときのφ_nxの値から次式をもとに
絶対回転位置Ａが求められる。

Ａ＝（ｉ−１）・Ｐ＋φnx P:位相が360゜のときのnXカウンタのカウント φ_nx:nXカウンタのカウント 例えば、SIG0とSIG1の周波数が3kHz、カウンタ13,14の
位相計測クロックの周波数が3MHzとし、 （位相が360゜のときの1Xレゾルバのカウント）＝1000 ｎ＝20 φ_1x＝390 φ_nx＝500 とすると、絶対回転位置Ａは次のようになる。

（nXレゾルバの１周期分の検出信号による1Xカウンタの
カウントの変化） ＝1000/20 ＝50 Ｐ＝3MHz/3kHz＝1000 ｉ＝INT［390/50］＋１ ＝８ Ａ＝（８−１）×1000＋500 ＝7500［パルス］ この演算ではパルス数のカウントが算出されているが、
パルス数は角度に比例しているため、算出値から回転位
置が求められる。

次に、サーボシーケンスは次のとおりになる。

まず、電源投入後、スイッチ16をS₀側に接続し、位置サ
ーボを駆動して絶対回転位置を算出し、位置指令値＝絶
対回転位置とする。

この絶対回転位置の値をＡ相パルスとＢ相パルスまたは
アップパルスとダウンパルスにより上位の位置指令コン
トローラ18へ通信する。

位置指令コントローラ18は、絶対回転位置の値をオフセ
ット値としてその後はインクリメンタルな位置指令値を
パルス信号で発生する。

位置サーボはこの位置指令値を受信し、動作している間
はスイッチ16をS₁側へ接続してnXカウンタのカウントを
位置帰還値として位置をフィードバック制御する。モー
タが停止して位置決めされると、スイッチ16をS₀側に切
換えて絶対回転位置を検出する。

モータの転流制御は次のとおりにして行う。

前述したように、nXレゾルバ２のロータの歯数はモータ
１のロータの歯数と同数である。このことから、モータ
１が１歯ピッチ分回転するとnXレゾルバ２も１歯ピッチ
分回転する。nXレゾルバ２が１歯ピッチ分回転すると、
nXレゾルバ２の検出信号の位相は360゜変化する。これ
により、nXレゾルバ２の検出信号の位相（nXカウンタ13
のカウント）からモータ１のロータとステータの歯の位
相ずれが直接検出される。検出した位相ずれをもとにモ
ータ１の転流制御を行う。

なお、モータの機構はアウタ・ロータ形に限らずインナ
・ロータ形であってもよい。

＜効果＞ 本発明によれば、1XレゾルバとnXレゾルバとを設けたモ
ータ・ドライブ・システムにおいて、nXレゾルバのロー
タの歯数をモータのロータの歯数と同数にしている。こ
のことから、nXレゾルバの検出信号の位相からモータの
ロータとステータの歯の位相ずれを直接検出できる。す
なわち、nXレゾルバの検出信号からモータを転流制御す
るための信号を得ることができる。これによって、1Xレ
ゾルバとnXレゾルバの他にセンサを設けることなく、簡
単な構成でモータを転流制御するための信号を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第３図は本発明にかかるモータ・ドライブ
・システムの一実施例の要部構成図、第２図は第１図の
分解図、第４図および第５図は第３図の回路の動作説明
図である。 １……モータ、２……nXレゾルバ、３……1Xレゾルバ、
13……nXカウンタ、14……1Xカウンタ、15……合成回
路、24……増幅器、25,26……MDA。

フロントページの続き (72)発明者 村松 康彦 東京都武蔵野市中町２丁目９番32号 横河 電機株式会社内 (72)発明者 橋田 茂 東京都武蔵野市中町２丁目９番32号 横河 電機株式会社内 (72)発明者 佐藤 光一 東京都武蔵野市中町２丁目９番32号 横河 電機株式会社内 (72)発明者 菊川 要一 東京都武蔵野市中町２丁目９番32号 横河 電機株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−119717（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−238465（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−168204（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−269210（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−293324（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−108806（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】モータと磁気レゾルバをロータどうしとス
   テータどうしを結合して組合せ、磁気レゾルバの検出信
   号をもとにモータの回転位置をフィードバック制御する
   モータ・ドライブ・システムにおいて、 ロータが１回転する毎に検出信号の位相が０゜から360
   ゜まで変化する1Xレゾルバと、 ロータの歯数がモータのロータの歯数と同数になってい
   て、ロータが1/n回転（ｎは整数）する毎に検出信号の
   位相が０゜から360゜まで変化するnXレゾルバと、 前記1Xレゾルバ及びnXレゾルバの検出信号の位相をパル
   スでカウントする1Xカウンタ及びnXカウンタと、 前記1Xカウンタのカウントから1/n回転を分解能として
   モータの回転位置を検出し、検出した1/n回転内におけ
   るモータの回転位置を前記nXカウンタのカウントから検
   出し、これらの検出値を合成してモータの絶対回転位置
   を求める合成回路と、 前記nXカウンタのカウントからモータを転流制御するた
   めの信号を生成する信号生成手段と、 を具備したことを特徴とするモータ・ドライブ・システ
   ム。