JP2003023791A - ブラシレスモータの位相合わせ方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】特殊な検査器具や特殊技術がなくても、モータ
とエンコーダとを正確に位相合わせができる。 【解決手段】インバータ４により位相差をもって励磁さ
れる三相固定子巻線からなる３つの磁極、および磁石を
有する回転子を備えたモータ本体１と、前記回転子の回
転位置を検出するロータリエンコーダ６とを具備し、前
記モータ本体１およびロータリエンコーダ６の一方を交
換した後に、前記三相巻線の基準磁極が０度で他の磁極
Ｖ，Ｗに１２０°位相差のある直流電圧を印可して直流
励磁することにより回転子を吊り合った位置で停止さ
せ、前記ロータリエンコーダ６の絶対位置信号により固
定子の停止角度を求めて、エンコーダ６のゼロ相パルス
との位相差を計算し、この位相差を磁極オフセット値と
してインバータ２に入力しモータを制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば工作機械
などの駆動装置に装備されて駆動速度が制御されるブラ
シレスモータにおいて、モータまたはロータリエンコー
ダの交換時に実施されるエンコーダのＺパルスと回転子
の位相合わせをするための位相合わせ方法および装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ブラシレスモータ（以下モータと
いう）は、ブラシやコミュテータが不要であることか
ら、最高速度の上昇やトルク容量の増加がはかれ、また
メンテナンスフリーで、電気的なノイズが発生しないな
どの長所を有しており、特に工作機械やロボット、トラ
ンスファマシンなどに多用されている。

【０００３】このモータは、モータケーシングに三相固
定子巻線を配置し、永久磁石を装着したロータ（回転
子）を有する回転軸に、カップリングを介してとモータ
パルスエンコーダ（以下エンコーダという）が連結さ
れ、エンコーダの出力パルスから回転速度を読み取って
モータの回転速度を制御している。なお、エンコーダか
らは、回転子の絶対位置を出力する絶対位置信号と、回
転子の１回転ごとに出力されるＺパルスと、回転子の回
転に従って出力される位相パルスＡ，Ｂとが出力されて
いる。

【０００４】ところで、モータとエンコーダのうち一方
が交換されると、モータの回転子とＺパルスの位相合わ
せが必要となる。すなわち、この位相合わせは、図６に
示すように、３つの磁極のうちの基準となるＵ極の誘起
電圧が０ボルトで位相角度が０度となる位置と、エンコ
ーダのＺパルスとが一致するように機械角度差αをゼロ
するもので、実際の位相合わせ作業は、モータの回転軸
とエンコーダの入力軸とをカップリングにより機械的に
位置合わせていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記カップリ
ングは、キー溝またはセレーションによる連結構造であ
るため、角度に数度のずれが生じて高精度で合わせるこ
とができず、モータの能力を十分に発揮できないという
問題があった。

【０００６】なお、これを正確に合わせるには、モータ
メーカーの特殊な検査器具と特殊技術が必要で、長時間
を要した。本発明は上記問題点を解決して、特殊な検査
器具や特殊技術がなくても、モータとエンコーダとを正
確に位相合わせができるブラシレスモータの位相合わせ
方法および装置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】上記目的を達成するため
に請求項１記載の発明は、インバータにより位相差をも
って励磁される三相固定子巻線からなる３種類の磁極、
および磁石を有する回転子を備えたモータ本体と、前記
回転子の回転位置を検出するロータリエンコーダとを具
備し、前記モータ本体およびロータリエンコーダの一方
を交換した後に行うブラシレスモータの位相合わせ方法
であって、前記３つの磁極に、基準磁極が０度で他の２
つの磁極に基準磁極に対してそれぞれ１２０度ずつ位相
差のある直流電圧を印可して磁極を直流励磁することに
より、吊り合う位置で回転子を停止させ、前記回転子の
停止角度を、前記ロータリエンコーダから出力される絶
対位置信号から読み取り、前記回転子の停止角度位置と
ロータリエンコーダのＺパルスとの位相差を求め、前記
位相差を磁極オフセット値としてインバータに出力しモ
ータを制御するものである。

【０００８】また請求項２記載の発明は、インバータに
より位相差をもって励磁される三相固定子巻線からなる
３種類の磁極、および磁石を有する回転子を備えたモー
タ本体と、回転子１回転ごとに出力されるＺパルス、お
よびこのＺパルス間で所定の回転角度ごとに出力されて
回転子の回転速度を検出する位相パルス、ならびに回転
子の絶対位置を示す絶対位置信号とをそれぞれ出力する
ロータリエンコーダとを具備し、前記モータ本体または
ロータリエンコーダを交換した後に使用するブラシレス
モータの位相合わせ装置であって、磁極合わせ指令に基
づいて、前記３つの磁極に、基準磁極が０度で他の２つ
の磁極に基準磁極に対してそれぞれ１２０度ずつ位相差
のある直流電圧を印可して磁極を直流励磁し、回転子を
吊り合う位置で停止させる直流励磁指令をインバータに
出力するテスト部を設け、ロータリエンコーダから出力
される絶対位置信号に基づいて回転子の停止角度を求
め、この回転子の停止角度とロータリエンコーダのＺパ
ルスとの位相差を求める位相差計算部を設け、前記位相
差計算部により計算された位相差を磁極オフセット値と
してインバータに出力するように構成したものである。

【０００９】上記構成によれば、モータ本体またはロー
タリエンコーダの交換後、磁極を直流励磁して回転子を
吊り合った状態で停止させ、回転子の停止角度をエンコ
ーダからの絶対位置信号により求め、この停止角度とロ
ータリエンコーダのＺパルスとの位相差を求め、この位
相差を磁極オフセット値としてインバータに入力するこ
とにより、ロータリエンコーダのＺパルスと基準磁極と
を一致させることができる。したがって、従来に必要で
あったカップリングによる機械的な角度調整が不要にな
り、特殊な検査器具や特殊技術がなくても、モータとエ
ンコーダとを正確に位相合わせすることができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】ここで、本発明に係るブラシレス
モータの位相合わせ装置の実施の形態を図１〜図５に基
づいて説明する。

【００１１】このブラシレスモータは、たとえばトラン
スファプレスにワークを搬入するシートフィーダの駆動
装置として使用されるもので、図１に示すように、鉄心
を用いた三相固定子巻線（磁極Ｕ，Ｖ，Ｗ）がモータ本
体１のケーシングに１２０°隔てて配置され、モータ本
体１の軸心部に永久磁石を有する回転子２を配置したイ
ンナーロータタイプである。なお、磁極Ｕ，Ｖ，Ｗは説
明のために３個としているが、実際には３個一組として
複数組が配置される。そして三相商用電源から三相交流
をコンバータ３により直流に変換した後、インバータ４
によって、図４に示すように、１２０°位相の異なる三
相の交流に変換され、磁極Ｕ，Ｖ，Ｗにそれぞれ給電さ
れることにより磁極Ｕ，Ｖ，Ｗが励磁されて、回転子２
が回転駆動される。

【００１２】また前記回転子２には、図２に示すよう
に、回転軸２ａにカップリング５を介してロータリエン
コーダ（以下エンコーダという）６が連結されている。
このロータリエンコーダ６からは、回転子２の絶対位置
を分解能に対応して出力する絶対位置信号と、回転子２
の１回転ごとに出力されるＺパルスと、回転子２の回転
に従って出力されて回転子の速度を検出する位相パルス
とが出力されている。

【００１３】前記コントローラ１０には、外部入力、た
とえばプレスエンコーダにより、プレスのスライド位置
とプレス速度から、エンコーダ６から入力される絶対位
置信号および位相パルスとに基づいて速度指令値を演算
し、速度指令をインバータ４に出力する位置演算制御部
１６が設けられている。またインバータ４には、前記速
度指令により回転加速度や回転速度を制御したり、回転
トルクを制限する制御部１１と、エンコーダ６からの位
相パルスとＺパルスとに基づいて回転速度を計算する速
度計算部１２と、制御部１１からの出力に応じたパルス
幅の電流パルスに変換して磁極Ｕ，Ｖ，Ｗに出力するド
ライバ１３とが設けられている。

【００１４】また前記モータコントローラ１０には、操
作ボックスからのテスト指令信号により、３つの磁極
Ｕ，Ｖ，Ｗに、基準磁極Ｕが０度で磁極Ｖ，Ｗに基準磁
極に対してそれぞれ１２０度ずつ位相差のある直流電圧
を印可して直流励磁する直流励磁指令を制御部１１に出
力するテスト部１４と、エンコーダ６からの絶対位置信
号に基づいて、吊り合って停止された回転子２の停止角
度を求め、この回転子２の停止角度とエンコーダ６のＺ
パルスとの位相差を計算する位相差計算部１５とが設け
られており、前記テスト部１４では位相差計算部１５で
求められた位相差をインバータ４の制御部１１に出力
し、インバータ４の制御部１１では前記位相差を磁気オ
フセット値として組み込むように構成される。

【００１５】上記構成において、メンテナンスなどによ
りモータ本体１またはエンコーダ６が交換された場合、
図５に示す手順により位相合わせが行われる。 (ＳＴＥＰ１)モータ本体１またはエンコーダ６を交換し
てカップリング５を締める。

【００１６】（ＳＴＥＰ２）操作ボックスのスタートボ
タンを押して磁極合わせ指令をモータコントローラ１０
のテスト部１４に出力する。

【００１７】（ＳＴＥＰ３）前記磁極合わせ指令がテス
ト部１４に入力されると、テスト部１４からインバータ
４の制御部１１に直流励磁指令を出力する。

【００１８】(ＳＴＥＰ４)インバータ４では、直流励磁
指令により周波数が０となり、基本的には、図６に示す
ように、基準磁極Ｕが０度の固定ポイントとなる直流電
流が印加されるとともに、他の磁極Ｖ，Ｗには１２０度
の位相差のある固定ポイントの直流電圧が印可されて直
流励磁される。この直流励磁により、回転子２を回転さ
せると、基準磁極Ｕと回転子２との角度差＝０°となる
図１に仮想線で示す基準位置で常に吊り合って停止され
る。

【００１９】しかし実際には、インバータ４に設けられ
た磁気オフセット機構により、図４に示すように、交換
前のエンコーダのＺパルスと基準磁極Ｕの誘起電圧０位
置と位相差に相当する磁気オフセット量がインバータ４
に設定されているため、磁極Ｕ,Ｖ，Ｗに印加される電
圧の位相が磁気オフセットされ、直流励磁すると、各磁
極Ｕ,Ｖ，Ｗにおける位相が磁気オフセットされて、図
４（ａ）に実線で示すように、基準磁極Ｕの誘起電圧０
にオフセット量に相当する角度θに対応する位置で回転
子２が吊り合って停止される。

【００２０】（ＳＴＥＰ５）次いで、エンコーダ６から
回転子２の絶対位置信号がモータコントローラ１０の位
相計算部１５に出力される。

【００２１】（ＳＴＥＰ６）電気角１サイクルあたりの
絶対値カウンター量＝（絶対位置信号の機械角３６０°
の分解能）／（磁極組数）であり、（直流励磁時に読み
取った絶対値カウンター量）／（電気角１サイクルあた
りの絶対値カウンター量）と除算することにより、余り
のカウンター量を求め、この余りのカウンター量を角度
に変換して、この回転子２の停止角度が求められる。そ
してこの停止角度とＺパルスとの位相差αが計算され
る。

【００２２】（ＳＴＥＰ７）さらにテスト部１４から前
記位相差αがインバータ４の制御部１１に出力される。

【００２３】（ＳＴＥＰ８）インバータ４の制御部１１
では、位相差αが磁気オフセット量として組み込まれ、
この磁気オフセット量αにより、エンコーダ６のＺパル
スが基準磁極Ｕの誘起電圧０位置と一致するように、制
御部１１から磁極Ｕ，Ｖ，Ｗに印加される電圧の位相が
再設定（オフセット）される。

【００２４】上記実施の形態によれば、モータ本体１ま
たはエンコーダ６の交換後、磁極Ｕ,Ｖ，Ｗを直流励磁
し、回転子２を吊り合った状態で停止させ、停止された
回転子２の停止角度を求め、この停止角度とＺパルス位
置との位相差を計算し、これを磁気オフセット値として
テスト部１４からインバータ４の制御部１１に出力する
ことにより、エンコーダ６のＺパルスと基準磁極Ｕとを
一致させることができる。

【００２５】また、磁極Ｕ,Ｖ，Ｗに電圧を印加するイ
ンバータ４に前回の磁極オフセット量が設定されている
場合であっても、エンコーダ６の絶対位置信号に基づい
て回転子２の停止角度を求め、この停止角度とＺパルス
位置との位相差αを求めることにより、磁極オフセット
量を再設定して、前回の磁気オフセット量に関係なく、
エンコーダ６のＺパルスと基準磁極Ｕの誘起電圧０とを
一致させることができる。

【００２６】以上のように、上記実施の形態によれば、
従来に必要であったカップリング５による機械的な角度
調整が不要になり、特殊な検査器具や特殊技術がなくて
も、モータ本体１とエンコーダ６とを正確に位相合わせ
することができる。

【００２７】

【発明の効果】以上に述べたごとく請求項１記載の発明
によれば、モータ本体またはロータリエンコーダの交換
後、磁極を直流励磁して回転子を吊り合った状態で停止
させ、回転子の停止角度をエンコーダからの絶対位置信
号により求め、この停止角度とロータリエンコーダのＺ
パルスとの位相差を求め、この位相差を磁極オフセット
値としてインバータに入力することにより、ロータリエ
ンコーダのＺパルスと基準磁極とを一致させることがで
きる。したがって、従来に必要であったカップリングに
よる機械的な角度調整が不要になり、特殊な検査器具や
特殊技術がなくても、モータとエンコーダとを正確に位
相合わせすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るブラシレスモータの実施の形態を
示す構成図である。

【図２】同ブラシレスモータの構造図である。

【図３】同位相合わせ装置のブロック図である。

【図４】（ａ）は同ブラシレスモータの基準磁極の誘起
電圧を示すグラフ、（ｂ）はロータリエンコーダから出
力されるパルスカウント数を示すグラフ、（ｃ）はロー
タリエンコーダから出力されるＺパルスを示すグラフで
ある。

【図５】同ブラシレスモータの０相調整の手順を示すフ
ロー図である。

【図６】（ａ）は従来のブラシレスモータの基準磁極の
誘起電圧を示すグラフ、（ｂ）は従来のロータリエンコ
ーダから出力される初期値のパルスカウント度数を示す
グラフ、（ｃ）は従来のロータリエンコーダから出力さ
れる初期値のＺパルスを示すグラフである。

【符号の説明】

Ｕ，Ｖ，Ｗ 磁極 １ モータ本体 ２ 回転子 ２ａ 回転軸 ３ コンバータ ４ インバータ ５ カップリング ６ ロータリエンコーダ １０ モータコントローラ １１ 制御部 １２ 速度計算部 １３ 出力部 １４ テスト部 １５ 位相計算部

フロントページの続き (72)発明者 倉本 洋 福井県坂井郡金津町自由ヶ丘一丁目８番28 号 株式会社エイチアンドエフ内 Ｆターム(参考） 5H560 AA07 BB12 DA07 DB07 DC02 EB01 JJ15 JJ18 RR03 SS07 TT02 XA04 5H576 AA17 BB07 CC05 DD07 GG02 HB01 JJ12 LL07 LL41 MM17

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】インバータにより位相差をもって励磁され
   る三相固定子巻線からなる３種類の磁極、および磁石を
   有する回転子を備えたモータ本体と、前記回転子の回転
   位置を検出するロータリエンコーダとを具備し、前記モ
   ータ本体およびロータリエンコーダの一方を交換した後
   に行うブラシレスモータの位相合わせ方法であって、 前記３つの磁極に、基準磁極が０度で他の２つの磁極に
   基準磁極に対してそれぞれ１２０度ずつ位相差のある直
   流電圧を印可して磁極を直流励磁することにより、吊り
   合う位置で回転子を停止させ、 前記回転子の停止角度を、前記ロータリエンコーダから
   出力される絶対位置信号から読み取り、 前記回転子の停止角度位置とロータリエンコーダのＺパ
   ルスとの位相差を求め、 前記位相差を磁極オフセット値としてインバータに出力
   しモータを制御することを特徴とするブラシレスモータ
   の位相合わせ方法。
2. 【請求項２】インバータにより位相差をもって励磁され
   る三相固定子巻線からなる３種類の磁極、および磁石を
   有する回転子を備えたモータ本体と、 回転子１回転ごとに出力されるＺパルス、およびこのＺ
   パルス間で所定の回転角度ごとに出力されて回転子の回
   転速度を検出する位相パルス、ならびに回転子の絶対位
   置を示す絶対位置信号とをそれぞれ出力するロータリエ
   ンコーダとを具備し、前記モータ本体またはロータリエ
   ンコーダを交換した後に使用するブラシレスモータの位
   相合わせ装置であって、 磁極合わせ指令に基づいて、前記３つの磁極に、基準磁
   極が０度で他の２つの磁極に基準磁極に対してそれぞれ
   １２０度ずつ位相差のある直流電圧を印可して磁極を直
   流励磁し、回転子を吊り合う位置で停止させる直流励磁
   指令をインバータに出力するテスト部を設け、 ロータリエンコーダから出力される絶対位置信号に基づ
   いて回転子の停止角度を求め、この回転子の停止角度と
   ロータリエンコーダのＺパルスとの位相差を求める位相
   差計算部を設け、 前記位相差計算部により計算された位相差を磁極オフセ
   ット値としてインバータに出力するように構成したこと
   を特徴とするブラシレスモータの位相合わせ装置。