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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Motorantriebseinrichtung zum Antreiben eines Motors.
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Verwandter Stand der Technik
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Eine herkömmliche Motorantriebseinrichtung steuert einen Motor, indem sie das Signal empfängt, das durch einen Detektor (Messgeber) ausgegeben wird, der an dem Motor befestigt ist, und die Position, die Geschwindigkeit und dergleichen des Motors berechnet. In dem Fall, in dem das durch den Detektor ausgegebene Signal ein so genanntes A/B-Phasensignal ist, das ein analoges Sinus-/Cosinuswellenpaar ist, führt die Motorantriebseinrichtung allgemein eine Verarbeitung des Folgenden durch: Abschneiden von hochfrequentem Rauschen mit einem Tiefpassfilter; angemessenes Verstärken der Amplitude davon; Durchführung einer A/D-Wandlung, um einen digitalen Wert zu erhalten; und Umwandeln des digitalen Werts in einen Winkel des Motors, um die Position, die Geschwindigkeit und dergleichen zu berechnen (siehe als Beispiel Patentschrift 1).
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In einer Umgebung, in der hochfrequentes Rauschen die Detektionsauflösung nicht stark beeinflusst, wird erwartet, dass die Detektionsauflösung verbessert wird, wenn deren Verstärkungsfaktor größer ist. Andererseits wird im Falle dessen, dass eine Verstärkung jenseits eines Eingangsbereichs einer A/D-Wandlerschaltung durchgeführt wird, eine Sinuswelle nicht genau reproduziert, wodurch sich die Detektionsgenauigkeit verschlechtert. Somit wurde der Verstärkungsfaktor herkömmlich so festgelegt, dass er den Eingangsbereich nicht überschreitet, auch in dem Fall, dass das A/B-Phasensignal eine geringere Frequenz aufweist.
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Patentschrift Nr. 1: Japanische Offenlegungsschrift
JP 2002- 199 768 A .
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Die
US 2014 / 0 354 202 A1 offenbart eine Motorsteuervorrichtung, die eine Drehzahl eines Motors steuert. Die Motorsteuervorrichtung umfasst: eine Zielgeschwindigkeits-Erzeugungseinheit, die eine Zielgeschwindigkeit erzeugt; eine Geschwindigkeitserfassungseinheit, die eine aktuelle Geschwindigkeit des Motors erfasst; eine Geschwindigkeitsvergleichseinheit, die die Zielgeschwindigkeit mit der aktuellen Geschwindigkeit vergleicht, um einen Geschwindigkeitsfehler zu berechnen; eine Fehlerverstärkungseinheit, die den Geschwindigkeitsfehler verstärkt und einen Steuerwert ausgibt; und eine Motorantriebseinheit, die den Motor gemäß dem Steuerwert antreibt.
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Die
US 2007 / 0 262 738 A1 offenbart eine Motorantriebsvorrichtung, die eine Verstärkungseinheit, eine Rauschentfernungseinheit, einen Analog-Digital-Wandler, eine Recheneinheit und eine Motorantriebseinheit umfasst. Die Verstärkungseinheit verstärkt ein analoges Frequenzsignal, das einer Drehzahl eines bürstenlosen Gleichstrommotors entspricht. Die Rauschentfernungseinheit entfernt Rauschen aus dem analogen Frequenzsignal nach der Verstärkung. Der Analog-Digital-Wandler wandelt das analoge Frequenzsignal, aus dem Rauschen entfernt ist, in ein digitales Frequenzsignal um. Die Berechnungseinheit berechnet einen Stromsteuerbetrag in Bezug auf jede Phase des bürstenlosen Gleichstrommotors basierend auf dem digitalen Frequenzsignal. Die Motorantriebseinheit treibt den bürstenlosen Gleichstrommotor mit einer spezifizierten Geschwindigkeit basierend auf dem Stromsteuerbetrag an.
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Die
US 8 866 421 B2 offenbart eine Motorantriebssteuerung zum Antreiben eines Motors basierend auf mehreren Sensoren, die mehrere Sensorsignale entsprechend unterschiedlichen Positionen des Rotors erzeugt; umfassend einen ersten Phasendetektor zum Vergleichen eines jeweiligen der mehreren Sensorsignale mit einem gepaarten Sensorsignal von demselben Sensor zum Erfassen von Phasen des Rotors und zum Ausgeben eines ersten Phaseninformationssignals, das eine erste erfasste Phase darstellt; einen Phasenteiler zum Teilen der von dem ersten Phasendetektor detektierten Phasen in mehrere vorbestimmte Phasenintervalle; einen Signalwähler zum Auswählen eines der jeweiligen mehreren Sensorsignale von den mehreren Sensoren in dem mehreren vorbestimmten Phasenintervall; und einen zweiten Phasendetektor zum Erfassen, ob das von dem Signalselektor ausgewählte Signal einen vorbestimmten Schwellenpegel erreicht, der einer vorbestimmten Phase des Rotors entspricht, und zum Ausgeben eines zweiten Phaseninformationssignals, das eine zweite erfasste Phase darstellt.
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Die
US 2015 / 0 303 846 A1 offenbart einen Signalverstärker für einen Phasendetektor, basierend auf mehreren Sensorsignalen mit Amplitudenpegeln in Übereinstimmung mit einer Rotationsposition eines Rotors eines Motors, um dessen Rotationsposition zu erfassen, umfasst einen ersten Phasendetektor; einen Phasenzähler; eine Signalverstärkungsfaktor-Operationsschaltung; eine Signalverstärkungsfaktorsteuerung; und eine Signalverstärkungseinheit.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Jedoch wird die Amplitude des A/B-Phasensignals, das eine höhere Frequenz aufweist, durch den Tiefpassfilter geschwächt, wodurch die Detektionsauflösung herabgesetzt wird.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Motorantriebseinrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, eine hohe Detektionsauflösung zu erreichen, unabhängig davon, ob eine Frequenz eines Signals von einem Detektor hoch oder niedrig ist.
- (1) Eine Motorantriebseinrichtung (beispielsweise eine unten beschriebene Motorantriebseinrichtung 1, 21) nach der vorliegenden Erfindung umfasst eine Verstärkerschaltung (beispielsweise eine unten beschriebene Verstärkerschaltung 10) zum Empfangen eines Signals von einem Detektor (beispielsweise einem unten beschriebener Detektor 4), der Informationen, die eine Position und eine Geschwindigkeit eines Motors (beispielsweise eines unten beschriebenen Motors 3) umfassen, als das Signal ausgibt, und zum Verstärken des Signals mit einem festgelegten Verstärkungsfaktor, ein Frequenzdetektionsteil (beispielsweise ein unten beschriebenes Frequenzdetektionsteil 6, 26) zum Detektieren einer Frequenz des Signals, und ein Verstärkungsfaktorfestlegungsteil (beispielsweise ein unten beschriebenes Verstärkungsfaktorfestlegungsteil 7) zum Verändern der Festlegung des Verstärkungsfaktors der Verstärkerschaltung in Abhängigkeit von der Frequenz, die durch das Frequenzdetektionsteil detektiert wurde.
- (2) Bei der Motorantriebseinrichtung nach (1) kann das Signal ein Signal sein, das einer Sinuswelle entspricht.
- (3) Die Motorantriebseinrichtung nach (1) oder (2) kann des Weiteren eine Frequenzmessschaltung (beispielsweise eine unten beschriebene Frequenzmessschaltung 13) zum Empfangen des Signals von dem Detektor umfassen, um die Frequenz zu messen. Das Frequenzdetektionsteil (beispielsweise das unten beschriebene Frequenzdetektionsteil 6) kann die Frequenz direkt detektieren, indem es ein Messergebnis verwendet, das durch die Frequenzmessschaltung erbracht wurde.
- (4) Bei der Motorantriebseinrichtung nach (2) kann das Frequenzdetektionsteil (beispielsweise das unten beschriebene Frequenzdetektionsteil 26) eine Anzahl der Signale, die jeweils der Sinuswelle entsprechen, die durch den Detektor pro Umdrehung des Motors ausgegeben wurde, und einen Motordrehgeschwindigkeitsbefehlswert von einer numerischen Steuereinheit an die Motorantriebseinrichtung nutzen, um die Frequenz zu berechnen und zu detektieren.
- (5) Bei der Motorantriebseinrichtung nach einem von (1), (2) und (4) kann das Verstärkungsfaktorfestlegungsteil die Festlegung des Verstärkungsfaktors verändern, wenn der Motor gestoppt wird.
- (6) Bei der Motorantriebseinrichtung nach einem von (1) bis (5) kann das Verstärkungsfaktorfestlegungsteil eine Entsprechungstabelle (beispielsweise eine unten beschriebene Entsprechungstabelle 7a) aufweisen, die die Frequenz und den Verstärkungsfaktor betrifft, und den Verstärkungsfaktor in Abhängigkeit von der Entsprechungstabelle festlegen.
- (7) Bei der Motorantriebseinrichtung nach einem von (1) bis (6) kann ein Wert des Verstärkungsfaktors niedriger sein, wenn die Frequenz niedriger ist, und kann höher sein, wenn die Frequenz höher ist.
- (8) Die Motorantriebseinrichtung nach einem von (1) bis (7) kann des Weiteren ein Anzeigeteil (beispielsweise eine unten beschriebene Anzeigeeinrichtung 8) zum Anzeigen des Verstärkungsfaktors umfassen, der durch das Verstärkungsfaktorfestlegungsteil festgelegt wurde.
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Die vorliegende Erfindung macht es möglich, eine hohe Detektionsauflösung zu erreichen, unabhängig davon, ob eine Frequenz eines Signals von einem Detektor hoch oder niedrig ist.
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Figurenliste
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- 1 ist ein Blockdiagramm, das eine Ausbildung einer Motorantriebseinrichtung nach einer ersten Ausführungsform darstellt. 2 ist ein Diagramm, das eine Tabelle simuliert, die Signalwellenformen anzeigt. 3 ist ein Blockdiagramm, das eine Ausbildung einer Motorantriebseinrichtung nach einer zweiten Ausführungsform darstellt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf Zeichnungen detailliert beschrieben. Bei der Beschreibung einer zweiten Ausführungsform werden denjenigen Ausbildungen, die mit denen der ersten Ausführungsform gemein sind, dieselben Bezugszeichen gegeben, und deren Beschreibung wird weggelassen.
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[Erste Ausführungsform]
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1 ist ein Blockdiagramm, das eine Ausbildung einer Motorantriebseinrichtung 1 nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. 2 ist ein Diagramm, das eine Tabelle simuliert, die Signalwellenformen anzeigt.
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Wie in 1 gezeigt, treibt die Motorantriebseinrichtung 1 nach der ersten Ausführungsform einen Motor 3 für eine Spindel in einer Werkzeugmaschine auf der Basis eines Befehls von einer numerischen Steuereinheit (CNC) 2 an. Spezifisch treibt die Motorantriebseinrichtung 1 den Motor 3 an, während sie als Signal Informationen einschließlich der Position und der Geschwindigkeit des Motors 3 zurückmeldet, die durch einen Detektor (Messgeber) 4 detektiert wurden. Der Motor 3 kann auf verschiedene Typen von Motoren angewandt werden, die für eine Zuführwelle oder eine Spindel einer Werkzeugmaschine, einen Arm einer Industriemaschine oder eines Industrieroboters oder dergleichen verwendet wird.
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Die Motorantriebseinrichtung 1 umfasst ein Motorsteuerteil 5, ein Frequenzdetektionsteil 6, ein Verstärkungsfaktorfestlegungsteil 7, eine Anzeigeeinrichtung 8, einen Filter 9, eine Verstärkerschaltung 10, ein A/D-Wandlerteil 11, einen Inverter 12 und eine Frequenzmessschaltung 13.
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Das Motorsteuerteil 5 gibt dem Inverter 12 einen Befehl, der unten beschrieben werden wird, zum Ein-/Ausschalten eines Transistors auf der Basis des Befehlssignals, das durch die numerische Steuereinheit 2 eingegeben wird, des digitalen Signals, das durch das A/D-Wandlerteil 11 ausgegeben und zurückgemeldet wurde, und des Wechselstroms, der durch den Inverter 12 ausgegeben und zurückgemeldet wurde.
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Das Frequenzdetektionsteil 6 detektiert die Frequenz des Signals, das durch den Detektor 4 ausgegeben wurde, direkt, indem es das Frequenzmessergebnis verwendet, das durch die Frequenzmessschaltung 13 eingegeben wurde. Danach gibt das Frequenzdetektionsteil 6 Informationen über die detektierte Frequenz als ein Signal an das Verstärkungsfaktorfestlegungsteil 7 aus.
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Das Verstärkungsfaktorfestlegungsteil 7 weist eine Entsprechungstabelle 7a auf, die die Frequenzen der Analogsignale, die durch den Detektor 4 ausgegeben werden, und die Verstärkungsfaktoren der Verstärkerschaltung 10 betrifft. Indem es in der Entsprechungstabelle 7a nachschlägt, verändert das Verstärkungsfaktorfestlegungsteil 7 die Festlegung des Verstärkungsfaktors der Verstärkerschaltung 10 in Abhängigkeit von der Frequenz, die durch das Frequenzdetektionsteil 6 detektiert wurde, und gibt auch den festgelegten Verstärkungsfaktor der Verstärkerschaltung 10 als ein Signal aus, und gibt das Signal in die Anzeigeeinrichtung 8 ein. Spezifisch extrahiert das Verstärkungsfaktorfestlegungsteil 7 den Verstärkungsfaktor der Verstärkerschaltung 10, der der durch das Frequenzdetektionsteil 6 detektierten Frequenz entspricht, aus der Entsprechungstabelle 7a auf der Basis des Signals, das durch das Frequenzdetektionsteil 6 eingegeben wurde. Dann verändert das Verstärkungsfaktorfestlegungsteil 7 die Festlegung des Verstärkungsfaktors der Verstärkerschaltung 10 in den extrahierten Verstärkungsfaktor der Verstärkerschaltung 10 aus der Entsprechungstabelle 7a.
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Das Verstärkungsfaktorfestlegungsteil 7 legt den Verstärkungsfaktors niedriger fest, wenn die Frequenz niedriger ist, und legt den Verstärkungsfaktors höher fest, wenn die Frequenz höher ist. Allgemein wird die Detektionsauflösung herabgesetzt, wenn die Frequenz höher ist, da ein Tiefpassfilter (Filter 9) die Amplitude schwächt. Auch wenn die Amplituden der durch den Detektor ausgegebenen Wellenformen ähnlich sind, wie in 2 gezeigt wird, wird das Signal, das eine höhere Frequenz aufweist, stärker in der Wellenform geschwächt, nachdem es einen Tiefpassfilter (Filter 9) durchlaufen hat. An diesem Punkt wird bei einem Aspekt der vorliegenden Ausführungsform der Verstärkungsfaktor auch in einem Fall einer solchen höheren Frequenz höher festgelegt, wodurch die Amplitude der in das A/D-Wandlerteil eingegebenen Wellenform optimal erhalten wird.
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Es wird erneut eine Beschreibung unter Bezugnahme auf 1 angegeben. Die Anzeigeeinrichtung 8 zeigt den Verstärkungsfaktor der Verstärkerschaltung 10 auf der Basis des Signals an, das durch das Verstärkungsfaktorfestlegungsteil 7 eingegeben wurde.
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Der Filter 9, der ein Tiefpassfilter ist, beseitigt Rauschen aus dem von dem Detektor 4 ausgegebenen Signal.
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Die Verstärkerschaltung 10 empfängt das Analogsignal, das durch den Detektor 4 ausgegeben wurde, und von dem das Rauschen durch den Filter 9 beseitigt wurde, und verstärkt das Analogsignal mit dem Verstärkungsfaktor, der durch das Verstärkungsfaktorfestlegungsteil 7 festgelegt wurde. Dann gibt die Verstärkungsschaltung 10 das verstärkte Analogsignal aus und gibt das Signal in das A/D-Wandlerteil 11 ein.
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Das A/D-Wandlerteil 11 wandelt das Analogsignal, das durch die Verstärkerschaltung 10 eingegeben wurde, in ein digitales Signal um, um das digitale Signal auszugeben und meldet es zurück an das Motorsteuerteil 5. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ein Signal, das einer Sinuswelle entspricht, bevorzugt als ein Analogsignal verwendet.
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In einem Beispiel schaltet der Inverter 12, der eine Mehrzahl von Transistoren und Freilaufdioden umfasst, die umgekehrt parallel dazu geschaltet sind, die Transistoren auf der Basis eines Befehls ein/aus, der durch das Motorsteuerteil 5 gegeben wird, wodurch er den Motor 3 mit Wechselstrom versorgt. Der Inverter 12 meldet ferner den Wechselstrom, mit dem der Motor 3 versorgt werden soll, an das Motorsteuerteil 5 zurück.
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Die oben beschriebene Motorantriebseinrichtung 1 treibt den Motor 3 mit dem Wechselstrom an, der durch den Inverter 12 eingegeben wird. Während der Motor 3 angetrieben wird, gibt der Detektor 4 Informationen einschließlich der Position und der Geschwindigkeit des Motors 3 als ein Signal aus und gibt das Signal über den Filter 9 in die Verstärkerschaltung 10 ein.
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Die Frequenzmessschaltung 13 empfängt das Analogsignal, das durch den Detektor 4 ausgegeben wurde, und von dem das Rauschen durch den Filter 9 beseitigt wurde, und misst dessen Frequenz. Die Frequenzmessschaltung 13 gibt dann die gemessene Frequenz als ein Signal aus und gibt das Signal in das Frequenzdetektionsteil 6 ein.
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Wie oben beschrieben, verändert in einem Aspekt der vorliegenden Ausführungsform die Motorantriebseinrichtung 1 die Festlegung des Verstärkungsfaktors der Verstärkerschaltung 10 in Abhängigkeit von der Frequenz, die durch das Frequenzdetektionsteil 6 detektiert wurde. Dementsprechend legt die Motorantriebseinrichtung 1 auch im Falle einer höheren Frequenz den Verstärkungsfaktor der Verstärkerschaltung 10 höher fest, um somit die Amplitude der Wellenform des in das A/D-Wandlerteil 11 eingegebenen Signals ohne Schwächung optimal zu erhalten, wodurch sie es möglich macht, eine höhere Detektionsauflösung zu erreichen, unabhängig davon, ob eine Frequenz hoch oder niedrig ist.
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[Zweite Ausführungsform]
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3 ist ein Blockdiagramm, das eine Ausbildung einer Motorantriebseinrichtung 21 nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
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Die Motorantriebseinrichtung 21 nach der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich von der Motorantriebseinrichtung 1 nach der ersten Ausführungsform dahingehend, dass die Motorantriebseinrichtung 21 eine Frequenz berechnet, ohne die Frequenz direkt zu detektieren.
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Wie in 3 gezeigt, umfasst die Motorantriebseinrichtung 21 nach der zweiten Ausführungsform nicht die Frequenzmessschaltung 13, anders als die Motorantriebseinrichtung 1 nach der ersten Ausführungsform. Die Motorantriebseinrichtung 21 umfasst ein Motorsteuerteil 25 anstelle des Motorsteuerteils 5, und umfasst ebenso ein Frequenzdetektionsteil 26 anstelle des Frequenzdetektionsteils 6.
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Das Motorsteuerteil 25 gibt als ein Signal die Anzahl der Signale, die jeweils einer Sinuswelle entsprechen, die durch den Detektor 4 pro Umdrehung des Motors 3 ausgegeben wurde, und einen Motordrehgeschwindigkeitsbefehlswert von der numerischen Steuereinheit 2 an die Motorantriebseinrichtung 21 aus, und gibt das Signal an das Frequenzdetektionsteil 26 aus. Es wird angemerkt, dass die Anzahl der Signale, die jeweils einer Sinuswelle entsprechen, die durch den Detektor 4 pro Umdrehung des Motors 3 ausgegeben wurde, identisch mit der Anzahl der Zähne des Zahnrads des Detektors 4 ist, die als Parameter in die numerische Steuereinheit 2 einzugeben ist. Das heißt, die Signale, die jeweils eine Sinuswellenform soviel wie die Anzahl der Zähne des Zahnrads aufweisen, werden pro Umdrehung des Motors ausgegeben, wobei „die Anzahl der Zähne des Zahnrads mal die Drehgeschwindigkeit des Motors gleich der Frequenz der A/B-Phasensinuswelle“ ist.
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Das Frequenzdetektionsteil 26 nutzt die Anzahl der Signale, die jeweils einer Sinuswelle entsprechen, die durch den Detektor 4 pro Umdrehung des Motors 3 ausgegeben wurde, und den Motordrehgeschwindigkeitsbefehlswert von der numerischen Steuereinheit 2 an die Motorantriebseinrichtung 21, um die Frequenz des Signals, das der Detektor 4 ausgeben wird, zu berechnen (abzuschätzen). Dann gibt das Frequenzdetektionsteil 26 die Informationen über die berechnete Frequenz als Signal aus und gibt das Signal in das Verstärkungsfaktorfestlegungsteil 7 ein.
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Das Verstärkungsfaktorfestlegungsteil 7 verändert die Festlegung des Verstärkungsfaktors, wenn der Motor 3 gestoppt wird. Jedoch ist der Zeitablauf nicht darauf beschränkt. In einem Beispiel kann das Verstärkungsfaktorfestlegungsteil 7 den Verstärkungsfaktor im Vorhinein festlegen, in dem es erst den Verstärkungsfaktor berechnet, bevor der Motor 3 gestoppt wird, und nicht erst, wenn der Motor 3 gestoppt wird.
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Die Motorantriebseinrichtung 21 nach der vorliegenden Ausführungsform erzeugt die folgenden Wirkungen zusätzlich zu den Wirkungen, die durch die Motorantriebseinrichtung 1 nach der oben beschriebenen ersten Ausführungsform erzeugt werden. Das heißt, die Motorantriebseinrichtung 21 nach der vorliegenden Ausführungsform, die keine Frequenzmessschaltung benötigt, ist in der Lage, die Signalfrequenz zu berechnen (abzuschätzen), ohne den Motor 3 zu drehen.
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Obwohl die erfindungsgemäßen Ausführungsformen oben beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Die in den vorliegenden Ausführungsformen beschriebenen Wirkungen werden nur als die am meisten bevorzugten Wirkungen aufgeführt, die durch die vorliegende Erfindung erzeugt werden, und die Wirkungen, die durch die vorliegende Erfindung erzeugt werden, sind nicht auf diejenigen beschränkt, die in den vorliegenden Ausführungsformen beschrieben werden. In einem Beispiel ist die Anzeigeeinrichtung nicht unverzichtbar, obwohl jede der oben beschriebenen Ausführungsformen die Anzeigeeinrichtung umfasst, und es ist alternativ eine weitere Ausbildung ohne Anzeigeeinrichtung verfügbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1,21
- MOTORANTRIEBSEINRICHTUNG
- 2
- NUMERISCHE STEUEREINHEIT
- 3
- MOTOR
- 4
- DETEKTOR
- 5,25
- MOTORSTEUERTEIL
- 6,26
- FREQUENZDETEKTIONSTEIL
- 7
- VERSTÄRKUNGSFAKTOREINSTELLUNGSTEIL
- 7a
- ENTSPRECHUNGSTABELLE
- 8
- ANZEIGEEINRICHTUNG (ANZEIGETEIL)
- 9
- FILTER
- 10
- VERSTÄRKERSCHALTUNG
- 11
- A/D-WANDLERTEIL
- 12
- INVERTER
- 13
- FREQUENZMESSSCHALTUNG
