JP2000075006A - サーボモータの減磁検査方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】サーボモータに用いられる永久磁石の減磁を容
易且つ短時間に検査することが可能なサーボモータの減
磁検査方法を得る。 【解決手段】下記に示すサーボモータ２０の運動方程式
から該サーボモータ２０の外乱値Ｆを求め、この外乱値
Ｆが略ゼロ値であるかどうかを監視することによって減
磁の検査を行う。 Ｋ×Ｉ−ｍ０×α−μ（Ｖ）＝Ｆ ただし、Ｋはトルク定数、Ｉはトルク電流値、ｍ０は既
定イナーシャ、μ（Ｖ）は回転速度Ｖの関数として表さ
れるフリクション（摩擦力）、αは加速度である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、サーボモータに
用いられる永久磁石の減磁を容易且つ短時間に検査する
ことが可能なサーボモータの減磁検査方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、サーボモータとして構成
される電磁力モータには、固定子（ステータ）または回
転子｛ロータ（回転型サーボモータの場合）｝、摺動子
｛スライダ（リニアサーボモータの場合）｝、若しくは
振動子｛バイブレータ（振動型サーボモータの場合）｝
に永久磁石が広範に用いられている。

【０００３】ところで、永久磁石には、温度、湿度、衝
撃等の外的要因により磁力の低下（減磁）が生じる場合
がある。例えば、回転型サーボモータにおいては、減磁
が生じると該サーボモータのトルク定数が低下するた
め、任意のトルク電流に対する所望のトルクが得られな
くなる。このような減磁を検査する従来例に係る方法と
して、以下に示す技術が用いられている。

【０００４】すなわち、サーボモータに対して位置制御
または速度制御を行う場合、減磁の影響が、位置指令ま
たは速度指令に対する追従異常という形で現れることを
利用して減磁の検査を行う技術である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の技術では、位置指令または速度指令に対する追
従異常に基づいて減磁の検査を行うため、サーボモータ
に対してトルク制御を行う場合にはこの技術を適用する
ことができない。

【０００６】この発明はこのような課題を考慮してなさ
れたものであり、サーボモータに対する減磁の検査を容
易且つ短時間に行うことを可能とするサーボモータの減
磁検査方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、サーボモー
タに用いられる永久磁石の減磁を検査する方法であっ
て、サーボモータに供給されるトルク電流値、該サーボ
モータに発生する摩擦力及び該サーボモータの加速度を
求め、これらのトルク電流値、摩擦力及び加速度、並び
に該サーボモータに固有の値として既定されているトル
ク定数及びイナーシャから該サーボモータの外乱値を得
る工程と、得られた外乱値が略ゼロ値であるかどうかに
基づいて、前記永久磁石に減磁が生じているかどうかの
判定を行う工程とを経て、前記サーボモータに用いられ
る永久磁石の減磁を検査するようにしている。

【０００８】この場合、前記トルク電流値、摩擦力及び
加速度は、任意の速度計画またはトルク計画に基づいて
サーボモータを駆動しながら計算によって求めることが
できるため、減磁の検査を容易且つ短時間に行うことが
可能である。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施の形態に
ついて図面を参照して説明する。

【００１０】まず、この発明の一実施の形態が適用され
たサーボモータ駆動システム１０について、図１を参照
して説明する。

【００１１】このサーボモータ駆動システム１０は、基
本的には、サーボモータ２０と、このサーボモータ２０
を駆動制御するとともに減磁検査装置として機能する制
御装置４０とから構成されている。なお、このサーボモ
ータ駆動システム１０では、サーボモータ２０としてＡ
Ｃサーボモータを用いている。

【００１２】ここで、サーボモータ２０は、基本的に
は、回転軸２１を有する回転子２２と、この回転子２２
を取り囲むように配された固定子３０とから構成されて
いる。

【００１３】回転子２２は、９０°間隔で配された４つ
の磁石２４ａ〜２４ｄを有する。具体的には、前記磁石
２４ａ〜２４ｄは、その外側（固定子３０側）の端部が
回転子２２の回転方向に対して互いに９０°ずつ離れる
とともに、該外側の端部が交互にＮ極、Ｓ極、Ｎ極、Ｓ
極となるように配されている。実際には、磁石２４ａ、
２４ｃの外側の端部がＮ極となり、磁石２４ｂ、２４ｄ
の外側の端部がＳ極となる。回転子２２の回転軸２１に
は、該回転子２２の回転角度、言い換えれば、前記磁石
２４ａ〜２４ｄの位置（磁極位置Ｐｍ）を検出する磁極
位置検出器（エンコーダ、レゾルバ等）２６が取り付け
られている。

【００１４】サーボモータ２０の固定子３０は、１２０
°間隔で配された３つのコイル３２ｕ、３２ｖ、３２ｗ
を有する。これらのコイル３２ｕ、３２ｖ、３２ｗは、
ケーブル３４ｕ、３４ｖ、３４ｗを介して後述するイン
バータ４６と接続されており、該インバータ４６から前
記コイル３２ｕ、３２ｖ、３２ｗに対して、それぞれ、
Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の交流電流が供給される。また、ケー
ブル３４ｕ、３４ｖには、それぞれ、電流センサ３８
ｕ、３８ｖが取り付けられており、これらの電流センサ
３８ｕ、３８ｖによって、前記ケーブル３４ｕ、３４ｖ
を介して前記インバータ４６からコイル３２ｕ、３２ｖ
に供給されるＵ相及びＶ相の交流電流の電流値Ｉｕ及び
Ｉｖが検出される。Ｗ相の交流電流の電流値Ｉｗは、前
記電流値Ｉｕ及びＩｖから求められる。さらに、サーボ
モータ２０に発生するトルクを示すトルク電流値Ｉは、
前記電流値Ｉｕ、Ｉｖ及びＩｗから求められる。

【００１５】一方、制御装置４０は、前記磁極位置検出
器２６からの磁極位置Ｐｍと、前記電流センサ３８ｕ、
３８ｖからの電流値Ｉｕ及びＩｖとに基づいて、サーボ
モータ２０に発生させるトルクの大きさを決定する電流
指令値Ｉ０を求めるコントローラ４２と、このコントロ
ーラ４２からの電流指令値Ｉ０と前記磁極位置検出器２
６からの磁極位置Ｐｍとに基づいて、パルス列を有する
交流電流信号Ｓｐを出力するＰＷＭ発生回路４４と、こ
のＰＷＭ発生回路４４からの交流電流信号Ｓｐに基づく
三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の交流電流を前記コイル３２
ｕ、３２ｖ、３２ｗに供給するインバータ４６とを有す
る。

【００１６】次に、サーボモータ駆動システム１０の動
作について説明する。

【００１７】コントローラ４２は、磁極位置検出器２６
からの磁極位置Ｐｍと、電流センサ３８ｕ、３８ｖから
の電流値Ｉｕ及びＩｖとに基づいて、電流指令値Ｉ０を
求める。ＰＷＭ発生回路４４は、前記コントローラ４２
からの電流指令値Ｉ０と前記磁極位置検出器２６からの
磁極位置Ｐｍとに基づいて、パルス列を有する交流電流
信号Ｓｐを出力する。インバータ４６は、前記ＰＷＭ発
生回路４４からの交流電流信号Ｓｐに基づく三相（Ｕ
相、Ｖ相、Ｗ相）の交流電流をコイル３２ｕ、３２ｖ、
３２ｗに供給する。サーボモータ２０の回転子２２は、
前記三相の交流電流の電流値に基づくトルクを発生して
回転する。

【００１８】次に、サーボモータ２０の減磁の検査方法
について説明する。

【００１９】本実施の形態では、サーボモータ２０を所
定の速度計画またはトルク計画に基づいて駆動し、その
際に該サーボモータ２０の外乱値を算出することによっ
て減磁の検査が行われる。

【００２０】まず、次の（１）式で表されるサーボモー
タ２０の運動方程式を求める。

【００２１】 Ｋ×Ｉ−ｍ０×α−μ（Ｖ）＝Ｆ …（１） ここで、Ｆはサーボモータ２０に加わる外乱の大きさを
表す外乱値である。Ｉはトルク電流値であり、電流セン
サ３８ｕ、３８ｖで検出される電流値Ｉｕ及びＩｖから
求められる。μ（Ｖ）はフリクション（摩擦力）であ
り、回転速度Ｖの関数（例えば、一次関数）として近似
される。この回転速度Ｖは、磁極位置検出器２６で検出
される磁極位置Ｐｍを所定の微少時間により微分するこ
とによって求められる。αは回転子２２の加速度であ
り、前記回転速度Ｖをさらに所定の微少時間により微分
することによって求められる。Ｋはトルク定数であり、
ｍ０はイナーシャ（既定イナーシャ）であり、それぞれ
サーボモータ２０に固有の値として既定されている。

【００２２】ここで、トルク電流値Ｉ、フリクションμ
（Ｖ）、及び加速度αは上記のように計算によって求め
ることができ、トルク定数Ｋ及び既定イナーシャｍ０は
既定値であるため、外乱値Ｆは、前記トルク電流値Ｉ、
フリクションμ（Ｖ）、加速度α、トルク定数Ｋ及び既
定イナーシャｍ０を前記（１）式に代入することによっ
て得られる。

【００２３】図２Ａは、サーボモータ２０の位置制御ま
たは速度制御が行われる場合における減磁検査用の速度
計画の一例を示している。

【００２４】この速度計画では、サーボモータ２０の回
転子２２の回転速度（角速度）Ｖは、時点ｔ０からｔ１
の期間では０から＋Ｖ１まで直線的に増加し、時点ｔ１
からｔ２の期間では＋Ｖ１から０まで直線的に減少し、
時点ｔ２からｔ３の期間では０から−Ｖ１まで直線的に
減少し、時点ｔ３からｔ４の期間では−Ｖ１から０まで
直線的に増加し、時点ｔ４からｔ５の期間では０から＋
Ｖ１まで直線的に増加し、時点ｔ５からｔ６の期間では
＋Ｖ１から０まで直線的に減少する、三角波状の速度計
画としている。

【００２５】この場合、回転子２２の加速度（角加速
度）αは、図２Ｂに示すように、時点ｔ０からｔ１の期
間では＋α１となり、時点ｔ１からｔ３の期間では−α
１となり、時点ｔ３からｔ５の期間では＋α１となり、
時点ｔ５からｔ６の期間では−α１となる。ただし、前
記各期間の時間（ｔ１−ｔ０）、（ｔ２−ｔ１）、…、
（ｔ６−ｔ５）は同じであるものとする。

【００２６】このような速度計画に基づいてサーボモー
タ２０を駆動した場合、該サーボモータ２０の回転子２
２は、時点ｔ０からｔ２の期間では一方向（正方向）に
所定角度θ回転し、時点ｔ２からｔ４の期間では他方向
（負方向）に所定角度θ回転して元の位置（時点ｔ０に
おける位置）に戻る。そして、時点ｔ４からｔ６の期間
では前記時点ｔ０からｔ２の期間と同様に正方向に所定
角度θ回転して停止する。以上の時点ｔ０からｔ６の期
間における動作を時点ｔ６以降も繰り返し行うことによ
って、回転子２２は所定角度θ毎に正逆転を繰り返しな
がら正方向に回転していく。

【００２７】ところで、図２Ｂに示す加速度αを得よう
とする場合、サーボモータ２０の回転子２２には、前記
加速度αに比例するトルク電流値Ｉの交流電流が供給さ
れる。即ち、トルク電流値Ｉは、図２Ｃに示すように、
時点ｔ０からｔ１の期間では略＋Ｉ１となり、時点ｔ１
からｔ３の期間では略−Ｉ１となり、時点ｔ３からｔ５
の期間では略＋Ｉ１となり、時点ｔ５からｔ６の期間で
は略−Ｉ１となる。

【００２８】ここで、回転子２２の磁石２４ａ〜２４ｄ
の一部分に減磁が生じている場合、前記トルク電流値Ｉ
には、図２Ｃに示すように、該トルク電流値Ｉ（この場
合、＋Ｉ１または−Ｉ１）の絶対値が大きくなる方向
に、大きさＩｐ１のピークＰ１が生じる。このように、
トルク電流値Ｉの絶対値が大きくなる方向にピークＰ１
が生じるのは、磁石２４ａ〜２４ｄに減磁が生じている
場合、所望の回転速度Ｖを得るために通常より多くのト
ルク電流値Ｉを要するためである。また、図２Ｃに示す
ように、ピークＰ１が離散的な磁極位置Ｐｍに生じるの
は、各磁石２４ａ〜２４ｄに加わるトルクの大きさが、
該磁石２４ａ〜２４ｄとコイル３２ｕ、３２ｖ、３２ｗ
との位置関係、即ち、回転子２２の磁極位置Ｐｍに応じ
て変化するためである。

【００２９】図２Ｃ中、トルク電流値ＩにピークＰ１が
生じていない時間領域において、前記（１）式に基づい
て求められる外乱値Ｆは略ゼロ値（Ｆ≒０）となる。

【００３０】一方、ピークＰ１が生じている時間領域に
おいては、トルク電流値Ｉが他の時間領域に対して大き
な値となるため、外乱値Ｆもゼロ値以外の値（｜Ｆ｜＞
０）となる。従って、各磁極位置Ｐｍにおいて外乱値Ｆ
が略ゼロ値であるかどうかの監視を行うことによって減
磁の検査を行うことができる。

【００３１】実際には、図２Ａに示す速度計画に基づい
てサーボモータ２０の回転子２２を回転させながら、各
磁極位置Ｐｍ毎に外乱値Ｆを求める。この場合、時点ｔ
０からｔ４の期間における動作を複数回繰り返しながら
各磁極位置Ｐｍにおける外乱値Ｆを複数回算出し、これ
らを平均したものが略ゼロ値であるかどうかを監視する
ようにしてもよい。

【００３２】続いて、各磁極位置Ｐｍ毎に外乱値Ｆが略
ゼロ値であるかどうかの監視を行い、減磁の影響が生じ
ている磁極位置Ｐｍを特定する。この場合、外乱値Ｆを
求め、この外乱値Ｆが略ゼロ値であるかどうかの監視を
行うことによって減磁の影響が生じている磁極位置Ｐｍ
を特定する一連の処理を複数回行い、各磁極位置Ｐｍに
おいて減磁の影響が生じる（確認される）確率を求め、
この確率に基づいて減磁の有無を判断するようにしても
よい。

【００３３】一方、サーボモータ２０のトルク制御が行
われる場合のトルク計画の一例を図３Ａに示す。この場
合、このトルク計画は、実際にはトルク電流値Ｉで設定
される。

【００３４】このトルク計画では、サーボモータ２０の
コイル３２ｕ、３２ｖ、３２ｗに供給されるトルク電流
値Ｉは、時点ｔ１０からｔ１１の期間では＋Ｉ２であ
り、時点ｔ１１からｔ１２及び時点ｔ１２からｔ１３の
期間では−Ｉ２であり、時点ｔ１３からｔ１４及び時点
ｔ１４からｔ１５の期間では＋Ｉ２であり、時点ｔ１５
からｔ１６の期間では−Ｉ２である。

【００３５】この場合、サーボモータ２０の回転子２２
の加速度αは前記トルク電流値Ｉに比例するため、図３
Ｂに示すように、時点ｔ１０からｔ１１の期間では略＋
α２となり、時点ｔ１１からｔ１３の期間では略−α２
となり、時点ｔ１３からｔ１５の期間では略＋α２とな
り、時点ｔ１５からｔ１６の期間では略−α２となる。

【００３６】ところで、回転子２２の磁石２４ａ〜２４
ｄに減磁が生じている場合、前記加速度αには、図３Ｂ
に示すように、加速度α（この場合、＋α２または−α
２）の絶対値が小さくなる方向に、大きさαｐ２のピー
クＰ２が生じる。このように、加速度αの絶対値が小さ
くなる方向にピークＰ２が生じるのは、磁石２４ａ〜２
４ｄに減磁が生じている場合、前記トルク電流値Ｉに対
して所望のトルクが得られないためである。

【００３７】図３Ｂ中、加速度αにピークＰ２が生じて
いない時間領域において、前記（１）式に基づいて求め
られる外乱値Ｆは略ゼロ値（Ｆ≒０）となる。一方、ピ
ークＰ２が生じている時間領域においては、加速度αが
他の時間領域に対して小さな値となるため、外乱値Ｆは
０以外の値（｜Ｆ｜＞０）となる。従って、各磁極位置
Ｐｍにおいて外乱値Ｆが略ゼロ値であるかどうかの監視
を行うことによって減磁の検査を行うことができる。

【００３８】次に、サーボモータ２０に対して位置制御
を行いながら減磁の検査を行う際にコントローラ４２で
行われる処理動作の一例を、図４のフローチャートを参
照して説明する。

【００３９】ここで、以下のステップＳ１〜Ｓ７の処理
動作は、図示しない入力装置に対して検査モードが選択
されることによって開始されるものとする。

【００４０】まず、コントローラ４２において、位置指
令に基づいて速度計画がたてられ（図２Ａ参照）、この
速度計画に基づいて求められたトルク電流値Ｉ（図２Ｃ
参照）がサーボモータ２０に供給されることによって該
サーボモータ２０の駆動が開始される（ステップＳ
１）。

【００４１】続いて、図２Ａ中、時点ｔ０からｔ４の期
間における動作が複数回繰り返し行われ、回転子２２が
所定角度θ（例えば、４５°）の間を複数回正逆転す
る。このとき、前記（１）式に基づいて各磁極位置Ｐｍ
毎の外乱値Ｆが求められる（ステップＳ２）。各磁極位
置Ｐｍ毎の外乱値Ｆが所定回数（例えば、１０回）ずつ
求められると（ステップＳ３）、図２Ａ中、時点ｔ４か
らｔ６の期間における動作が行われ、回転子２２が所定
角度θだけ正方向に回転して停止する（ステップＳ
４）。これによって、外乱値Ｆを求める磁極位置Ｐｍが
更新される。

【００４２】そして、前記ステップＳ２〜Ｓ４の処理が
順次行われ、回転子２２の全磁極位置Ｐｍにおける外乱
値Ｆが得られると、サーボモータ２０の駆動が停止され
る（ステップＳ５）。

【００４３】次に、各磁極位置Ｐｍ毎に外乱値Ｆの平均
を求め（ステップＳ６）、これらが略ゼロ値であるかど
うかを監視することによって、磁石２４ａ〜２４ｄに減
磁が生じているかどうかの判定が行われる（ステップＳ
７）。ここで、前記ステップＳ６において、全ての磁極
位置Ｐｍにおける外乱値Ｆの総平均を求め、前記ステッ
プＳ７において、これが略ゼロ値であるかどうかを監視
するようにしてもよい。

【００４４】このように、本実施の形態においては、電
流センサ３８ｕ、３８ｖで検出される電流値Ｉｕ及びＩ
ｖから求められるトルク電流値Ｉと、磁極位置検出器２
６で検出される磁極位置Ｐｍを微分することによって求
められる回転速度Ｖの関数として計算されるフリクショ
ンμ（Ｖ）と、前記回転速度Ｖを微分することによって
求められる回転子２２の加速度αと、サーボモータ２０
に固有の値として既定されているトルク定数Ｋと既定イ
ナーシャｍ０とから前記回転子２２の外乱値Ｆを求め、
この外乱値Ｆが略ゼロ値であるかどうかを監視すること
によって減磁の検査が行われる。

【００４５】この場合、前記トルク電流値Ｉ、フリクシ
ョンμ（Ｖ）及び加速度αは、サーボモータ２０を任意
の速度計画またはトルク計画に基づいて駆動しながら計
算によって求めることができるため、磁石２４ａ〜２４
ｄに減磁が生じているかどうかの検査を容易且つ短時間
に行うことが可能である。

【００４６】なお、この発明は、上述の実施の形態に限
らず、この発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成
を採り得ることはもちろんである。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、サーボモータに用いられる永久磁石の減磁を容易且
つ短時間に検査することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施の形態が適用されたサーボモ
ータ駆動システムの概略的構成を示すブロック図であ
る。

【図２】図２Ａは、サーボモータの位置制御または速度
制御が行われる場合における減磁検査用の速度計画を示
すグラフであり、図２Ｂは、この速度計画に基づくサー
ボモータの加速度を示すグラフであり、図２Ｃは、この
速度計画に基づくトルク電流値を示すグラフである。

【図３】図３Ａは、サーボモータのトルク制御が行われ
る場合における減磁検査用のトルク計画を示すグラフで
あり、図３Ｂは、このトルク計画に基づくサーボモータ
の加速度を示すグラフである。

【図４】サーボモータに対して位置制御を行いながら減
磁の検査を行う際にコントローラで行われる処理動作を
示すフローチャートである。

【符号の説明】

１０…サーボモータ駆動システム ２０…サーボモー
タ ２２…回転子 ２４ａ〜２４ｄ…
磁石 ２６…磁極位置検出器 ３０…固定子 ３２ｕ、３２ｖ、３２ｗ…コイル ３４ｕ、３４ｖ、
３４ｗ…ケーブル ３８ｕ、３８ｖ…電流センサ ４０…制御装置 ４２…コントローラ ４４…ＰＷＭ発生
回路 ４６…インバータ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】サーボモータに用いられる永久磁石の減磁
   を検査する方法であって、 前記サーボモータに供給されるトルク電流値、該サーボ
   モータに発生する摩擦力及び該サーボモータの加速度を
   求め、これらのトルク電流値、摩擦力及び加速度、並び
   に該サーボモータに固有の値として既定されているトル
   ク定数及びイナーシャに基づき該サーボモータの外乱値
   を得る工程と、 得られた外乱値が略ゼロ値であるかどうかに基づいて、
   前記永久磁石に減磁が生じているかどうかの判定を行う
   工程と、 を含むことを特徴とするサーボモータの減磁検査方法。