JP2004236433A - 制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】同期電動機の可動部（ロータ又は可動子）の位置や速度を検出するセンサで磁極位置を検出する際に、動作状態を監視し、対応する処理を行う。
【解決手段】タンデム制御ではないときは、電動機のＰＷＭをイネーブルとして、磁極位置検出動作を開始させ、位置のフードバックによって動作異常を検出する（１１８〜１２４）。タンデム制御で位置検出器が２つの場合には、マスタ、スレーブの電動機の一方をフリー状態とし、他方に磁極位置検出動作をさせ、位置のフードバックによって動作異常を検出する（１１０〜１１７、１２０〜１２４）。タンデム制御で位置検出器が１つの場合には、マスタ軸、スレーブ軸の電動機の相対磁極位置ずれを調整し、同時に磁極位置検出動作をさせ位置フードバックによって動作異常を検出する（１０３〜１０９）。磁極位置検出動作の異常を検出できる。タンデム制御でも磁極位置検出動作中に機械のたわみ、ねじれを防止し正常に磁極検出できる。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、同期電動機の制御装置に関し、特に、同期電動機の可動部（回転式同期電動機においてはロータ、同期リニアモータにおいては可動子）の磁極位置検出ができる制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
同期電動機においては、ロータの磁極位置を検出し励磁位相を決定して電流を流すように制御することから、可動部の磁極位置を検出する必要がある。従来、この磁極位置を検出するために、磁極位置検出専用のエンコーダやレゾルバ、ホール素子などのセンサが用いられていた。この磁極位置検出専用のエンコーダやレゾルバなどのセンサは高価である。又、センサと電動機の磁極位置との位置合わせを行う必要があり、このセンサ取り付け作業も困難で、電動機の生産性を悪化させていた。
【０００３】
そこで、磁極位置検出専用のセンサを備えなくても、ロータの位置や速度を検出する位置検出器や速度検出器等のセンサを用いて、磁極位置を検出するようにした検出方法が開発されている。この方法は、所定励磁位相に直流を印加し、このとき移動する可動部の移動方向を検出し、ロータの磁極位置を推定し、この推定磁極位置に基づいて次回の励磁位相を特定して直流電流を印加する。この動作を繰り返すことにより、ロータの磁極位置を検出するようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−７８４８７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
磁極位置検出専用のセンサを備えず、ロータの位置や速度を検出するセンサ、同期リニアモータにおいては可動子の位置や速度を検出するセンサを利用して磁極位置を検出する方法では、所定励磁位相に直流を印加し、可動部の移動方向によって、磁極位置を推定するものであるが、直流電流を印加したとき、ロータの移動は所定範囲内であるべきにも拘わらず、大きく移動し、動作異常を生じることがある。
【０００６】
特に、２台以上の電動機で１つの軸、すなわち１つの被駆動体を駆動するタンデム制御において、どちらか一方の電動機しか、位置や速度を検出するセンサを持たない場合には、この一方の電動機に取り付けられたセンサによって、磁極位置を検出する場合、この一方の電動機と他の電動機の磁極位置が相違する等の原因によって、２台以上の電動機で駆動される軸（被駆動体）がねじれたり、たわみを生じたりすることによって、正しい磁極位置を検出できない場合がある。 そこで、本発明の目的は、同期電動機の可動部（ロータ又は可動子）の位置や速度を検出するセンサによって磁極位置を検出する際に、動作状態を監視して、動作異常を検出するとともに、前記タンデム制御の例においても正しい磁極位置検出ができる制御装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本願請求項１に係わる発明は、磁極を配したロータと、励磁巻線を施したステータと、ロータ位置又は速度を検出するセンサとを有する同期電動機を駆動制御すると共にステータの所定励磁位相に電流を印加して前記磁極位置を検出する電動機制御部と、該電動機制御部に指令を与えて数値制御する数値制御部とからなる制御装置において、前記数値制御部は前記電動機制御部に対して磁極位置検出の開始指令を出力し、前記電動機制御部は前記開始指令に基づき磁極位置検出を開始すると共に、前記数値制御部に対して磁極位置検出状態を通知し、前記数値制御部は通知された磁極位置検出状態に基づいて正常動作や動作異常を判断し、対応する処理を行うようにした。又、請求項２に係わる発明は、前記動作異常を検出したとき、検出動作を停止してアラームを表示するようにした。
【０００８】
さらに、請求項３に係わる発明は、２台以上の同期電動機によって１つの被駆動体を駆動制御するための複数の前記電動機制御部と前記数値制御部とで構成された制御装置であるとき、前記数値制御部から前記複数の電動機制御部のいずれかの電動機制御部に対して磁極位置検出の開始指令を出力して磁極位置検出を有効とさせると共に、その他の電動機制御部に対して電動機の励磁を解かせ、磁極検出を行う側の電動機制御部への干渉を無くし、前記所定の電動機制御部のみで磁極検出を行わせ、請求項１、請求項２に係わる発明のように磁極位置検出の動作異常を検出するようにした。
【０００９】
請求項４に係わる発明は、２台以上の同期電動機によって１つの被駆動体を駆動制御するための複数の前記電動機制御部と前記数値制御部とで構成された制御装置であるとき、前記数値制御部から前記複数の電動機制御部に対して磁極位置検出の開始指令を出力して磁極位置検出を同時に有効とさせるようにして、請求項１、請求項２に係わる発明のように磁極位置検出の動作異常を検出するようにした。さらに、請求項５に係わる発明は、前記２台以上の同期電動機における磁極位置の相互のずれを記憶させた記憶装置を具備し、前記複数の電動機制御部は磁極位置検出開始時に前記記憶装置に記憶された磁極位置の相互のずれを読み出して磁極位置検出を行うようにした。
【００１０】
又、請求項６に係わる発明は、磁極を配したロータと，励磁巻線を施したステータと、ロータ位置を検出するセンサとを有する同期電動機の代わりに、固定子もしくは可動子の一方に磁極を配置し他方に励磁巻線を施し、可動子の位置を検出するセンサを備えた同期リニアモータを用い、これら同期リニアモータを制御する制御装置においても上述した請求項１〜請求項５と同様に、磁極位置検出の動作異常を検出するようにした。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施形態のブロック図である。この実施形態では、２つの同期リニアモータによって、被駆動体である１つのテーブルを駆動するタンデム制御において、各同期リニアモータに設けられた位置・速度を検出するリニアスケールによって、磁極位置を検出するものである。
【００１２】
本実施形態は、数値制御装置で構成される数値制御部１、マスタ軸の同期リニアモータ４ｍを駆動制御する電動機制御部を構成するマスタ制御部２ｍ、及びスレーブ軸の同期リニアモータ４ｓを駆動制御する電動機制御部を構成するスレーブ制御部２ｓ、及びマスタアンプ３ｍ、スレーブアンプ３ｓで構成されている。マスタ軸の同期リニアモータ４ｍは、固定子５ｍと可動子６ｍで構成され、又、スレーブ軸の同期リニアモータ４ｓは、固定子５ｓと可動子６ｓで構成されている。固定子５ｍ，５ｓと可動子６ｍ，６ｓの一方に磁極、他方に励磁巻線が施されている。この図１に示す実施形態では、固定子５ｍ，５ｓに磁極が設けられ、可動子６ｍ，６ｓに励磁巻線が施されている。
【００１３】
さらに、マスタ軸、スレーブ軸には、可動子６ｍ，６ｓの位置・速度を検出するリニアスケール７ｍ，７ｓがそれぞれ設けられ、該リニアスケール７ｍ，７ｓで検出された位置・速度は、それぞれマスタ制御部２ｍ、スレーブ制御部２ｓにフィードバックされている。又、各可動子６ｍ，６ｓには、被駆動体のテーブル８が取り付けられている。
【００１４】
数値制御部１からは、移動指令がマスタ制御部２ｍ，スレーブ制御部２ｓに出力され、該移動指令に基いて各マスタ制御部２ｍ，スレーブ制御部２ｓはそれぞれのマスタアンプ３ｍ、スレーブアンプ３ｓを介して同期リニアモータ４ｍ，４ｓを駆動制御して、各可動子６ｍ、６ｓに取り付けられたテーブル８を同期して駆動制御する。
【００１５】
特に、本発明に関連して、数値制御部１からマスタ制御部２ｍ及びスレーブ制御部２ｓに、磁極位置検出のための磁極検出開始信号、マスタアンプ３ｍ、スレーブアンプ３ｓへのＰＷＭ信号をイネーブルするように指令するイネーブル信号が出力される。又、マスタ制御部２ｍ及びスレーブ制御部２ｓは、数値制御部１に、磁極位置検出中を示す信号、磁極位置検出完了を示す信号、及び、リニアスケール７ｍ，７ｓからフィードバックされてくる位置フィードバック信号をも出力している。
【００１６】
数値制御部１は、マスタ制御部２ｍ及びスレーブ制御部２ｓに、磁極検出開始信号、イネーブル信号を出力することによって、マスタ制御部２ｍ及びスレーブ制御部２ｓで実行される磁極位置検出処理を制御し、又、このマスタ制御部２ｍ及びスレーブ制御部２ｓから送り返されてくる磁極位置検出中信号、位置フィードバック信号に基づいて、磁極位置検出完了信号が送り返されてくるまで、磁極位置検出動作を監視し、動作異常と判断したときには、磁極位置検出動作を停止させると共にアラーム等を出力するようにしている。
【００１７】
図２は、数値制御部１のプロセッサが行う磁極位置検出動作を管理及び監視するための処理フローチャートである。
この図２に示す例は、この数値制御部１が適用される各種システムに適用できるように構成されており、磁極位置検出手段（センサ）の有無や複数の同期電動機が接続されるタンデム制御の場合においても、磁極位置検出の管理、監視ができるようにしている。
【００１８】
数値制御部１に磁極位置検出指令が入力されると、数値制御部１のプロセッサは、まず、該数値制御部１に接続された同期電動機が磁極位置を検出するセンサを備えているものか否か判断し（ステップ１００）、備えているものであれば磁極位置検出処理は必要がないから、このまま終了する。一方、同期電動機に磁極位置を検出するセンサを備えるものでなければ、複数の同期電動機で１つの被駆動体を駆動制御するタンデム制御か否か判断する（ステップ１０１）。
【００１９】
図１に示す実施形態においては、被駆動体のテーブル８を２つの同期リニアモータ４ｍ，４ｓで同期駆動するものであるから、タンデム制御と判断され、次に位置検出のためのスケールが１つか、２つ以上か判断される（ステップ１０２）。この図１に示した実施形態では、リニアスケールが２本あることから、ステップ１１０に移行し、まず、マスタ制御部２ｍに対してはイネーブル信号をＯＮ、スレーブ制御部２ｓに対してはイネーブル信号をＯＦＦと指令する。これにより、マスタ制御部２ｍは、同期リニアモータ４ｍを駆動するマスタアンプ３ｍへのＰＷＭ信号をＯＮ状態にし、かつ、スレーブ制御部２ｓは、スレーブアンプ３ｓへのＰＷＭ信号をＯＦＦ状態にすることによって、スレーブ軸の同期リニアモータ４ｓは励磁が解かれ、自由に移動可能なフリー状態とする。
【００２０】
そして、数値制御部１のプロセッサはマスタ制御部２ｍに磁極位置検出開始指令を出力する（ステップ１１１）。この磁極位置検出開始指令を受けてマスタ制御部２ｍのプロセッサは、前述した特許文献１等に示された磁極位置検出動作処理を開始する。
【００２１】
数値制御部１のプロセッサは、マスタ制御部２ｍから、磁極位置検出中信号が送信されてくるまで待ち（ステップ１１２）、該磁極位置検出中信号を受信すると、マスタ制御部２ｍから送られてくる位置フィードバック信号を監視し、所定時間における移動が所定値以内か、所定値以上で異常動作か、及び検出完了信号が送られてきたかの判断を繰り返し行い（ステップ１１３〜１１５）、磁極位置検出動作を監視する。
【００２２】
図１に示すように、マスタ軸及びスレーブ軸の各同期リニアモータ４ｍ，４ｓの可動子６ｍ，６ｓはテーブル８に結合されているが、スレーブ軸を駆動する同期リニアモータ４ｓはＰＷＭ信号がＯＦＦ状態、すなわちディセーブル状態となって励磁が解かれていることから、マスタ軸を駆動する同期リニアモータ４ｍの可動子６ｍが磁極位置検出動作のために移動したとき、テーブル８及びスレーブ軸の同期リニアモータ４ｓの可動子６ｓも共に移動し、テーブル８や、マスタ軸やスレーブ軸の伝動機構にねじれやたわみが発生することはない。
【００２３】
ステップ１１３〜１１５の処理を繰り返し実行して、磁極位置検出動作を監視し、位置フィードバック信号によって可動子５ｍの移動が所定値以上で異常動作と判断されたときには、ステップ１２３に移行して、イネーブルＯＦＦをマスタ制御部２ｍに出力し、かつアラームを出力して、表示手段等で磁極位置検出動作異常のアラームを表示する。又、イネーブルＯＦＦを受けたマスタ制御部２ｍは、ＰＷＭ信号をディセーブル状態として、可動子６ｍを自由に移動できるフリーの状態として、この磁極位置検出動作処理を終了する。
【００２４】
一方、異常が検出されず、磁極位置検出完了信号がマスタ制御部２ｍから送られてくると、数値制御部１のプロセッサは、マスタ制御部２ｍに対してはイネーブル信号をＯＦＦ、スレーブ制御部２ｓに対してはイネーブル信号をＯＮと指令する。これにより、マスタ制御部２ｍは、ＰＷＭ信号をＯＦＦ状態（ディセーブル状態）にし、マスタ軸の同期リニアモータ４ｍの可動子６ｍを自由に移動可能なフリー状態とする。スレーブ制御部２ｓは、スレーブアンプ３ｓへのＰＷＭ信号をＯＮ状態にすることによって、スレーブ軸の同期リニアモータ４ｓの磁極位置検出動作を可能にする（ステップ１１６）。
【００２５】
次に、スレーブ制御部２ｓに対して磁極位置開始指令信号を出力する（ステップ１１７）。スレーブ制御部２ｓはこの磁極位置開始指令信号を受けて、磁極位置検出動作処理を開始する。そして、数値制御部１のプロセッサは、スレーブ制御部２ｓから送られてくる磁極位置検出中の信号を受けて（ステップ１２０）、ステップ１１２〜１１５と同一のステップ１２１〜１２４の異常検出処理を、磁極位置検出完了信号がスレーブ制御部２ｓから送られてくるまで繰り返し実行する。そして前述したように、送られてくる位置フードバック信号による可動子６ｓの所定時間内における移動量が大きい場合には、磁極位置検出処理動作異常として、アラームを出力すると共に、イネーブルＯＦＦをスレーブ制御部に出力し磁極位置検出動作を不能にする。
【００２６】
又、異常が検出されずスレーブ制御部２ｓから磁極位置検出完了信号が送られてくれば、この磁極位置検出動作管理・監視処理を終了する。このスレーブ軸を駆動するリニアモータ４ｓの磁極検出動作においても、マスタ軸のリニアモータ４ｍはＰＷＭがＯＦＦとなり励磁が解かれているので、その可動子６ｍは自由に移動できる状態であり、テーブル８等の機械にねじれやたわみを発生させることはない。
【００２７】
以上が図１に示した本発明のタンデム制御を実行する実施形態における磁極位置検出動作管理・監視処理動作である。
一方、タンデム制御でないとき、同期電動機は単独で被駆動体を駆動するものであるから、他の同期電動機との関係を考慮する必要がないので、この場合には、まず、イネーブル信号をＯＮとして同期電動機を駆動するアンプへのＰＷＭ信号をＯＮ状態にし（ステップ１１８）、磁極位置検出開始指令信号をＯＮとして、該同期電動機を駆動制御する制御部に磁極位置検出処理動作を開始させる（ステップ１１９）。そして、数値制御部１のプロセッサは、前述したステップ１２０以下の処理を実行し、磁極位置検出動作を監視する。
【００２８】
また、数値制御部１がタンデム制御を行うものであり、かつ、スケールが１本と判断された場合（ステップ１０２）、この場合は、複数の同期電動機で被駆動体を同期して駆動するにも拘わらず、位置や速度を検出する検出器は１つしかないものである。例えば、図１において、マスタ軸に対してのみリニアスケール７ｍが設けられ、スレーブ軸に対してはリニアスケール７ｓが設けられていない場合である。以下、このようなマスタ軸に対してのみリニアスケール７ｍが設けられているものとして説明する。
【００２９】
まず、マスタ制御部２ｍ、スレーブ制御部２ｓにイネーブル信号ＯＮを出力する。これにより、マスタ制御部２ｍ及びスレーブ制御部２ｓはＰＷＭ信号をイネーブル状態として、マスタ及びスレーブの同期リニアモータを稼働可能の状態にする（ステップ１０３）。
【００３０】
次に、マスタ制御部２ｍ、スレーブ制御部２ｓに磁極位置検出開始指令信号を出力し（ステップ１０４）、マスタ制御部２ｍ及びスレーブ制御部２ｓからの磁極位置検出中の信号を待ち、該信号を受けると（ステップ１０５）、それぞれマスタ軸、スレーブ軸に対して、ステップ１０６〜１０９で示す磁極位置検出動作の異常検出、監視処理を行う。なお、このステップ１０６〜１０９で示す磁極位置検出動作の異常検出、監視処理は前述したステップ１１３〜１１５，及び、ステップ１２１〜１２４と同等であるが、相違する点は、マスタ制御部２ｍ又はスレーブ制御部２ｓのいずれかにおいて、動作異常が検出されたときには、マスタ制御部２ｍ、スレーブ制御部２ｓに対してイネーブルＯＦＦを出力し、ＰＷＭ信号をディセーブルとして、両同期リニアモータ４ｍ，４ｓをフリーの状態とし、磁極位置検出動作を停止する。又、アラーム信号を出力し、磁極位置検出動作異常が発生したことを知らせる。
【００３１】
又、異常が検出されず、マスタ制御部２ｍ及びスレーブ制御部２ｓから磁極位置検出完了の信号が送られてくれば、この磁極位置検出動作管理・監視処理を終了する。なお、このスケールが１つしか備えていないタンデム制御においては、上述したように、マスタ軸、スレーブ軸の同期電動機（同期リニアモータ）を同時に駆動して磁極位置検出処理を行うので、マスタ軸、スレーブ軸の同期電動機（同期リニアモータ）の磁極位置の相対的ずれがないように調整しておく必要がある。相対的なずれがなければ、磁極位置検出動作中、マスタ軸、スレーブ軸の同期電動機（同期リニアモータ）４ｍ，４ｓは、同期して動作するから問題はない。しかし、このマスタ軸、スレーブ軸の同期電動機（同期リニアモータ）４ｍ，４ｓの磁極位置が相対的にずれている場合には、予めこの相対ずれを測定して数値制御部１の記憶装置内等に記憶しておき、磁極位置検出動作を開始する際このずれを読み出し、スレーブ制御部２ｓ又はマスタ制御部２ｍに送出してこのずれ分補正して、磁極位置検出動作を行うようにする。
【００３２】
なお、上述した実施形態では、電動機制御部（マスタ制御部２ｍ、スレーブ制御部２ｓ）から送られてくる位置フィードバック信号によって磁極位置検出動作異常を検出するようにしたが、この位置フィードバック信号の代わりに速度フィードバック信号を用いて、磁極位置検出動作異常を検出するようにしてもよい。又、上述した実施形態では同期リニアモータによるタンデム制御の例を説明したが、通常の回転式の同期電動機に対しても本発明は適用できるものである。
【００３３】
【発明の効果】
本発明は、磁極位置検出のセンサを備えない同期電動機において、ロータや可動子の位置、速度を検出するセンサを利用して、磁極位置を検出する際に、その検出動作を監視し、動作異常を検出することができる。又、タンデム制御を行う場合においても、機械にねじれやたわみを発生させることなく磁極位置検出動作を正常に実行できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態のブロック図である。
【図２】同実施形態において数値制御部が実施する磁極位置検出動作管理・監視処理のフローチャートである。
【符号の説明】
１ 数値制御部（数値制御装置）
２ｍ マスタ制御部
２ｓ スレーブ制御部
３ｍ マスタアンプ
３ｓ スレーブアンプ
４ｍ マスタ軸の同期リニアモータ
４ｓ スレーブ軸の同期リニアモータ
５ｍ，５ｓ 固定子
６ｍ，６ｓ 可動子
７ｍ，７ｓ リニアスケール

Claims (6)

1. 磁極を配したロータと、励磁巻線を施したステータと、ロータ位置又は速度を検出するセンサとを有する同期電動機を駆動制御すると共にステータの所定励磁位相に電流を印加して前記磁極位置を検出する電動機制御部と、該電動機制御部に指令を与えて数値制御する数値制御部とからなる制御装置において、
   前記数値制御部は前記電動機制御部に対して磁極位置検出の開始指令を出力し、前記電動機制御部は前記開始指令に基づき磁極位置検出を開始すると共に、前記数値制御部に対して磁極位置検出状態を通知し、前記数値制御部は通知された磁極位置検出状態に基づいて正常完了や動作異常を判断し、対応する処理を行うことを特徴とする制御装置。
2. 前記数値制御部は、前記動作異常を検出したとき検出動作を停止させて、アラームを表示する請求項１に記載の制御装置。
3. ２台以上の同期電動機によって１つの被駆動体を駆動制御するための複数の前記電動機制御部と前記数値制御部とで構成された制御装置であって、
   前記数値制御部から前記複数の電動機制御部のいずれかの電動機制御部に対して磁極位置検出の開始指令を出力して磁極位置検出を有効とさせると共に、その他の電動機制御部に対して電動機の励磁を解かせ、磁極検出を行う側の電動機制御部への干渉を無くし、前記所定の電動機制御部のみで磁極検出を行う請求項１又は請求項２に記載の制御装置。
4. ２台以上の同期電動機によって１つの被駆動体を駆動制御するための複数の前記電動機制御部と前記数値制御部とで構成された制御装置であって、
   前記数値制御部から前記複数の電動機制御部に対して磁極位置検出の開始指令を出力して磁極位置検出を同時に有効とさせるようにした請求項１又は請求項２に記載の制御装置。
5. 前記２台以上の同期電動機における磁極位置の相互のずれを記憶させた記憶装置を具備し、
   前記複数の電動機制御部は磁極位置検出開始時に前記記憶装置に記憶された磁極位置の相互のずれを読み出して磁極位置検出を行うようにした請求項４に記載の制御装置。
6. 磁極を配したロータと、励磁巻線を施したステータと、ロータ位置を検出するセンサとを有する同期電動機の代わりに、固定子もしくは可動子の一方に磁極を配置し他方に励磁巻線を施し、可動子の位置を検出するセンサを備えた同期リニアモータを用いる請求項１乃至５の内いずれか１項に記載の制御装置。

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