JP2006266999A

JP2006266999A - 角度位置検出装置及び方法

Info

Publication number: JP2006266999A
Application number: JP2005088200A
Authority: JP
Inventors: Masaki Kuwabara; 昌樹桑原
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2005-03-25
Filing date: 2005-03-25
Publication date: 2006-10-05
Anticipated expiration: 2025-03-25
Also published as: JP4702526B2

Abstract

【課題】
信頼性の高い角度検出装置及び方法を提案する。
【解決手段】
コギングトルクを発生するモータの回転軸の回転角度を検出する角度検出装置及び方法において、互いに異なる極数を有する複数のレゾルバのうちの多数極側の出力を基準とした少極側のレゾルバの出力誤差を、それぞれモータの回転軸がコギングトルクの影響を受けない回転角度位置からなる各測定ポイント毎に測定すると共に、当該測定結果に基づいて測定ポイント毎の補正量を取得して記憶し、各測定ポイント毎に、記憶手段に記憶された対応する補正量に基づいて、少極側のレゾルバの出力を補正するようにした。
【選択図】図１１

Description

本発明は、角度位置検出装置及び方法に関し、例えばダイレクトドライブモータに用いられる角度位置検出装置に適用して好適なものである。

従来、減速器を用いずに負荷を直接駆動するモータとしてダイレクトドライブモータがある。ダイレクトドライブモータは、バッククラッシュ、ロストモーションのない高精度ない位置決めが可能であるため、ＮＣ工作機などのインデックステーブル、搬送装置及び組み立て装置のロボットアームなどの各種の用途に用いられている。また近年では、ダイレクトドライブモータの用途の多様化に伴って、より小型で高精度な位置決めを可能とするダイレクトドライブモータの開発が望まれている。

このようなダイレクトドライブモータの回転軸の回転角度を検出するために用いられる角度検出装置として、単極レゾルバと多極レゾルバとを組み合わせたものが知られている。この種の角度検出装置において、単極レゾルバは、そのメカ的芯ずれなどが絶対精度に影響し易く、特に径を小さくして小型化しようとすると、絶対精度の向上が困難となる。一方、多極レゾルバの極数を多くして分解能を高めようとすると、単極レゾルバに多極レゾルバの１極分以下の精度が要求されるため、誤差の許容値が小さくなる。従って、この種の角度検出装置では、高分解能と絶対測定の両立が困難であった。

かかる問題を解決するための１つの方法として、従来、予め多極レゾルバの出力に基づいて単極レゾルバの出力誤差を測定し、この測定結果に基づいて単極レゾルバの出力誤差を補正するための補正量を算出してこれを記憶しておき、実際の角度検出装置の使用時に、この記憶した補正量を用いて単極レゾルバの出力を補正する方法が提案されている（特許文献１参照）。この方法によれば、簡単な装置構成で高分解能と絶対測定を両立させる得る角度位置検出装置を構築することができる。

ここで、この方法におけるかかる補正量の取得手法は、以下の手順に従って行われる。１）まずダイレクトドライブモータのサーボをオン状態にして（すなわちダイレクトドライブモータに対する駆動電流の供給を開始して）、ダイレクトドライブモータを多極レゾルバの基準位置（検出角度が「０」の位置）に位置決めする。２）その後、駆動電流供給時に発生する振動を停止させるためにダイレクトモータのサーボをオフ状態にする（すなわちダイレクトドライブモータに対する駆動電流の供給を停止させる）と共に、このときの単極レゾルバの出力を検出する。そして、多極レゾルバを用いて位置決めしたダイレクトドライブモータの位置と、そのときの単極レゾルバにより検出された位置との間の誤差を検出する。

３）次いで、ダイレクトドライブモータのサーボを再度オン状態にして、４）その後、多極レゾルバの出力に基づいてダイレクトドライブモータを次の補正量の測定ポイントに位置決めする。５）そして、その後上述の２）〜４）のステップを繰り返す。この際、２）のステップでは、今回の測定ポイントにおいて検出した上記誤差と、前回の測定ポイントにおいて検出した上記誤差との平均を算出して、これを今回の測定ポイントにおける補正量として記憶する。
特開２００５−０６２０９８号公報

ところがかかる方法では、例えばダイレクトドライブモータが磁石付きモータである場合、上述の２）のステップにおいて、ダイレクトドライブモータのサーボをオフしたときにロータがコギングトルクの影響により回転し、そのとき単極レゾルバにより検出される位置が本来検出すべき位置からずれることがある。

この結果、２）のステップにおいて、多極レゾルバを用いて位置決めしたダイレクトドライブモータの位置と、そのとき単極レゾルバが検出する位置との間にコギングによる回転分のずれが生じて、その測定ポイントにおける多極レゾルバの出力を基準とした単極レゾルバの位置検出誤差を正確に得ることができず、信頼性の高い補正量を取得し得ない問題があった。このことは、かかる補正量を用いて単極レゾルバの出力を補正したとしても正確な補正を行い得ず、角度位置検出装置自体の信頼性が低くなることを意味する。

そしてこのように角度位置検出装置の信頼性が低いと、このダイレクトドライブモータにより駆動される例えばＮＣ工作機のインデックステーブルや、搬送装置により搬送される搬送物、又は組み立て装置のロボットアームなどを精度良く指定された位置に位置させることができず、不具合が生じる問題がある。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、信頼性の高い角度位置検出装置及び角度位置検出装置の信頼性を向上させ得る補正量検出方法を提案しようとするものである。

かかる課題を解決するため、本発明は、コギングトルクを発生するモータの回転軸の回転角度を検出する角度検出装置において、それぞれ前記モータの前記回転軸の回転角度位置に応じた信号を出力するように構成され、互いに異なる極数を有する複数のレゾルバと、前記複数のレゾルバのうちの多数極側の出力を基準とした少極側のレゾルバの出力誤差を所定の測定ポイント毎に測定し、当該測定結果に基づいて前記測定ポイント毎の補正量を取得する補正量取得手段と、取得した前記補正量を記憶する記憶手段と、各前記測定ポイント毎に、前記記憶手段に記憶された対応する前記補正量に基づいて、前記少極側のレゾルバの出力を補正する補正手段とを備え、各前記測定ポイントは、それぞれ前記モータの前記回転軸が前記コギングトルクの影響を受けない回転角度位置であることを特徴とする。

この結果この角度検出装置では、多数極側の出力を基準とした少極側のレゾルバの出力誤差を測定する際に、モータのサーボをオフ状態にした場合においても回転軸がコキングトルクの影響により回転することがないため、各測定ポイントにおける正確な補正量を取得することができる。従って、この補正量に基づいて、少極側のレゾルバの出力を精度良く補正することができる。

また本発明の角度検出方法は、コギングトルクを発生するモータの回転軸の回転角度を検出する角度検出方法において、それぞれ前記モータの前記回転軸の回転角度位置に応じた信号を出力するように構成され、互いに異なる極数を有する複数のレゾルバのうちの多数極側の出力を基準とした少極側のレゾルバの出力誤差を所定の測定ポイント毎に測定し、当該測定結果に基づいて前記測定ポイント毎の補正量を取得して記憶する第１のステップと、各前記測定ポイント毎に、前記記憶手段に記憶された対応する前記補正量に基づいて、前記少極側のレゾルバの出力を補正する第２のステップとを備え、各前記測定ポイントは、それぞれ前記モータの前記回転軸が前記コギングトルクの影響を受けない回転角度位置であることを特徴とする。

この結果この角度検出方法によれば、多数極側の出力を基準とした少極側のレゾルバの出力誤差を測定する際に、モータのサーボをオフ状態にした場合においても回転軸がコキングトルクの影響により回転することがないため、各測定ポイントにおける正確な補正量を取得することができる。従って、この補正量に基づいて、少極側のレゾルバの出力を精度良く補正することができる。

本発明によれば、小極側のレゾルバの出力を精度良く補正することができ、信頼性の高い角度検出装置及び方法を実現できる。

以下図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。

（１）本実施の形態によるモータシステム構成
図１は本実施形態のダイレクトドライブモータの断面図である。同図に示すように、ダイレクトドライブモータ１０では、中空筒型のインナハウジング１１の外周側面に固設された軸受１３を介して回転軸１２が回転自在に軸支されている。回転軸１２は、その内部にインナハウジング１１を重装できるように、中空円筒体として構成されている。

回転軸１２は、筒壁の肉厚が凹凸状に変化しており、インナハウジング１１との間隙に単極レゾルバ２０と多極レゾルバ３０を収容するための室内空間１と、モータ部１６を収容するための室内空間２を画成している。これらの室内空間１及び２は、軸受１３によって分離画成されており、モータ部１６からの漏れ磁束が室内空間１に及ばないようにある程度の距離をおいて隔てられている。室内空間１及び２の間には軸受１３などが介在せず、両者が近接している場合には、モータ部１６からの漏れ磁束が室内空間１に及ばないように遮蔽部材を設けるのが望ましい。

モータ部１６は、回転子１４と固定子１５から構成されるアウタロータ式のＰＭモータである。回転子１４は、回転軸１２の内壁において円周方向に沿ってＮ極及びＳ極が交互に固着された永久磁石から成る。固定子１５は、薄い鉄板を複数積層して成るモータコアであり、微小のエアギャップをおいて回転子１４と対向するようにインナハウジング１１の外壁に固定されている。ここでは、モータ部１６として、アウタロータ式のＰＭモータを例示するが、インナロータ式のＰＭモータを採用してもよい。

一方、単極レゾルバ２０は、回転軸１２の内周面に固定された環状のレゾルバロータ２１と、このレゾルバロータ２１に対向するようにインナハウジング１１の外周壁に固定されたレゾルバステータ２２とを備えて構成されている。同様に多極レゾルバ３０は、回転軸１２の内周面に固定された環状のレゾルバロータ３１と、このレゾルバロータ３１に対向するようにインナハウジング１１の外壁に固定されたレゾルバステータ３２とを備えて構成されている。

単極レゾルバ２０と多極レゾルバ３０はロータ間座１８とステータ間座１９とを介して上下二段の積層構造となるように室内空間１内において微小な空隙をおいて固定されている。すなわち、回転軸１２の内周壁に複数のボルト１８ａにより固定されるレゾルバロータ２１及び３１の間にはロータ間座１８が介装される一方で、インナハウジング１１の外周壁にボルト１９ａにより固定されるレゾルバステータ２２及び３２の間にはステータ間座１９が介装されている。

室内空間１を画成するインナハウジング１１及び回転軸１２と、室内空間１内に装着されるロータ間座１８及びステータ間座１９はそれぞれ非磁性体で構成するのが好ましい。室内空間１を画成するこれらの部材を非磁性体で構成することにより、モータ部１６からの漏れ磁束が室内空間１に及ばないように構成することができる。

図２は、単極レゾルバ２０の平面図である。同図に示すように、単極レゾルバ２０は、レゾルバロータ２１とレゾルバステータ２２との間隙のリラクタンスがレゾルバロータ２１の回転角度位置により変化し、レゾルバロータ２１の１回転でリラクタンス変化の基本波成分が１周期となるように構成された３相ＶＲ型レゾルバである。すなわち、レゾルバステータ２２の外径中心、内径中心、及びレゾルバロータ２１の外径中心はダイレクトドライブモータの回転中心Ｏ₁と一致するが、レゾルバロータ２１の内径中心Ｏ₂は回転中心Ｏ₁に対してΔｘだけ偏心するように、レゾルバロータ２１の径方向の肉厚を連続的に変化させている。

レゾルバステータ２２の外周には１２０度間隔でＡ相、Ｂ相及びＣ相を構成する計１８個のステータポール２３が等間隔に外歯状に凸設されている。各々のステータポール２３にはステータコイルＣ₁〜Ｃ₁₈を巻回したコイルボビン２４が装着されている。コイルボビン２４の材質として、適度な弾力性のある非磁性体であれば、特に限定されるものではなく、例えば、スチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリフェニレンエーテル系樹脂、ナイロン、ポリブチレンテレフタレート樹脂などの熱可塑性樹脂であれば、射出成形が容易である。

ステータコイルＣ₁〜Ｃ₁₈の共通端子に励磁信号が印加されると、レゾルバロータ２１が１回転する間にＡ相、Ｂ相及びＣ相の各ステータコイルＣ₁〜Ｃ₁₈からは１２０度位相がずれた１サイクルの電流信号が各々出力される。単極レゾルバ２０から出力される単極レゾルバ信号により絶対的な回転角度位置を検出することができる。

図３は単極レゾルバ２０のステータポール２３に巻回された各々のステータコイルＣ₁〜Ｃ₁₈の結線図である。共通端子ＣＯＭに励磁信号が印加されると、Ａ相、Ｂ相及びＣ相を構成するステータコイルＣ₁〜Ｃ₆，Ｃ₇〜Ｃ₁₂，Ｃ₁₃〜Ｃ₁₈を流れる電流信号の各々は検出抵抗Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃から成る電流／電圧変換器４１ａによって電圧信号に変換される。この電圧信号は単極レゾルバ信号（ＡＢＳ信号）として後述する３／２相変換器４２ａに供給される。

図４は多極レゾルバ３０の平面図である。同図に示すように、多極レゾルバ３０は、レゾルバロータ３１の内径中心Ｏがレゾルバステータ３２の内径中心Ｏと一致しており、レゾルバロータ３１とレゾルバステータ３２との間隙のリラクタンスがレゾルバロータ３１の回転角度位置により変化し、レゾルバロータ３１の１回転でリラクタンス変化の基本波成分が複数周期となる構造を備えている。レゾルバロータ３１の内周面には、等間隔に径方向に向けて内歯状に凸設された極歯３５が計１６０個形成されている。レゾルバステータ３２の外周面にはＡ相、Ｂ相及びＣ相が１２０度の電気角でずれるように計４８個のステータポール３３が等間隔に径方向に向けて外歯状に凸設され、これら各ステータポール３３の先端部にそれぞれ２個の極片歯３４が突設されている。

各ステータポール３３には、それぞれステータコイルＣ_a〜Ｃ_cが巻回されている。ステータコイルＣ_a〜Ｃ_cの共通線に励磁信号が供給されると、レゾルバロータ３１が１回転する間に各相毎に１６０サイクルの交流信号が出力される。多極レゾルバ３０から出力される多極レゾルバ信号により相対的な回転角度位置を検出することができる。

図５は多極レゾルバ３０のステータポール３３に巻回された各々のステータコイルＣ_a〜Ｃ_cの結線図である。共通端子ＣＯＭに励磁信号が印加されると、Ａ相、Ｂ相及びＣ相を構成するステータコイルＣ_a，Ｃ_b，Ｃ_cを流れるレゾルバ信号の各々は検出抵抗Ｒ_a，Ｒ_b，Ｒ_cから成る電流／電圧変換器４１ｂによって電圧信号に変換される。この電圧信号は多極レゾルバ信号（ＩＮＣ信号）として後述する３／２相変換器４２ｂに供給される。

なお、ステータポール３２の数は相数（この例では３）の倍数であればよく、４８個に限定されるものではない。また、この例では、極歯３５が１６０個形成されているが、この極歯３５の数は１６０に限定されるものではない。また、上記の説明では、単極レゾルバ２０及び多極レゾルバ３０のステータポールを外歯とし、レゾルバステータの外側にレゾルバロータが配される構成を例示したが、これに限らず、ステータポールを内歯とし、レゾルバステータの内側にレゾルバロータが配される構成としてもよい。また、レゾルバ信号の相数についても、３相レゾルバに限らず、２相レゾルバ、４相レゾルバ、６相レゾルバなどを用いることもできる。

図６は本実施形態の角度位置検出装置を含むブロック構成図である。角度位置検出装置は、ダイレクトドライブモータ１０に組み込まれた単極レゾルバ２０及び多極レゾルバ３０と、これらを制御するドライブユニット６０の一部から構成される。ドライブユニット６０は、単極レゾルバ２０と多極レゾルバ３０の何れか一方に励磁信号を供給してレゾルバ信号を取り込み、ディジタル角度信号φを出力するサーボドライバ５０と、ディジタル角度信号φから回転角度位置信号を生成し、パワーアンプ６２を介してダイレクトドライブモータ１０に電力を供給するＣＰＵ６１とを備えて構成されている。ドライブユニット６０と単極レゾルバ２０及び多極レゾルバ３０はレゾルバケーブル７１で結線されており、同ユニット６０とモータ部１６はモータケーブル７２で結線されている。

サーボドライバ５０は、発信器５１から出力される励磁信号を増幅器５２にて適度な信号レベルに増幅し、単極レゾルバ２０及び多極レゾルバ３０の共通端子ＣＯＭに励磁信号を供給する。

単極レゾルバ２０から出力される電流信号は電流／電圧変換器４１ａによってＡＢＳ信号に変換された後、３／２相変換器４２ａによって２相信号（ｓｉｎ信号，ｃｏｓ信号）に変換されてアナログスイッチ４３に供給される。

ここで、発信器５１の発信角周波数をωとし、高次成分を無視すると、電流／電圧変換器４１ａで得られる各相のレゾルバ信号は下記の（１）式〜（３）式に示す通りとなる。ここでは、説明の便宜上、Ａ相を基準としてＢ相及びＣ相の位相がそれぞれ１２０度遅れる場合を例示する。また、３／２相変換器４２ａで得られる２相信号を（４）式〜（５）式に示す。（５）式において、ｓｑｒ（ｘ）は引数ｘの平方根を返す関数とする。

(数１)
φＡ＝（Ａ₁＋Ａ₂ｓｉｎθ）・ｓｉｎωｔ …（１）
(数２)
φＢ＝｛Ｂ₁＋Ｂ₂ｓｉｎ（θ−２π／３）｝・ｓｉｎωｔ …（２）
(数３)
φＣ＝｛Ｃ₁＋Ｃ₂ｓｉｎ（θ−４π／３）｝・ｓｉｎωｔ …（３）
(数４)
ｓｉｎ信号＝φＡ−（φＢ＋φＣ）／２ …（４）
(数５)
ｃｏｓ信号＝ｓｑｒ（３／４）・（φＢ−φＣ） …（５）

一方、励磁信号は多極レゾルバ３０にも供給される。多極レゾルバ３０から出力される電流信号は、電流／電圧変換器４１ｂによってＩＮＣ信号に変換された後、３／２相変換器４２ｂによって２相信号（ｓｉｎ信号，ｃｏｓ信号）に変換されてアナログスイッチ４３に供給される。

アナログスイッチ４３はＣＰＵ６１からのＡＢＳ／ＩＮＣ切換信号によって切り換え制御されるスイッチ素子であり、２相のＡＢＳ信号と２相のＩＮＣ信号の何れか一方を選択的に通過させて位置検出回路（ＲＤＣ）４４へ供給する。

移相器４５は、発信器５１から出力される励磁信号の位相を遅らせ、２相に変換されたＡＢＳ信号又はＩＮＣ信号のｓｉｎ信号及びｃｏｓ信号のうちのキャリア信号の位相と同期させたＲｅｆ信号を位置検出回路４４に供給する。位置検出回路４４は、アナログスイッチ４３から供給される２相信号をディジタル化し、ＣＰＵ６１にディジタル角度信号φを出力する。位置検出回路４４からは、発信器５１の発振角周波数による同期整流後のアナログ速度信号が出力される。補正量記憶メモリ６３は、フラッシュＲＯＭなどの記憶装置からなり、後述の補正量を記憶する。

なお、上述の説明においては、単極レゾルバ２０として３相レゾルバを用いる構成を例示したが、本発明はこれに限られるものではなく、単極レゾルバ２０として６相レゾルバを用いることもできる。６相レゾルバを用いる場合には、レゾルバ信号として、上述の（１）式〜（３）式に替えて下記の（６）式〜（１１）式が用いられるので、図７に示すように、電流／電圧変換器４１ａと３／２相変換器４２ａとの間に減算器４６ａを介在させればよい。減算器４６ａは各相のレゾルバ信号の差分ｄＡ，ｄＢ，ｄＣを演算して６相レゾルバ信号を（１２）式〜（１４）式の３相レゾルバ信号に変換する。同式の３相レゾルバ信号は３／２相変換器４２ａによって２相信号に変換される。

(数６)
φＡ＋＝（Ａ₁＋Ａ₂ｓｉｎθ）・ｓｉｎωｔ …（６）
(数７)
φＡ−＝（Ａ₁＋Ａ₂ｓｉｎ（θ−π））・ｓｉｎωｔ …（７）
(数８)
φＢ＋＝｛Ｂ₁＋Ｂ₂ｓｉｎ（θ−２π／３）｝・ｓｉｎωｔ …（８）
(数９)
φＢ−＝｛Ｂ₁＋Ｂ₂ｓｉｎ（θ−２π／３−π）｝・ｓｉｎωｔ …（９）
(数１０)
φＣ＋＝｛Ｃ₁＋Ｃ₂ｓｉｎ（θ−４π／３）｝・ｓｉｎωｔ …（１０）
(数１１)
φＣ−＝｛Ｃ₁＋Ｃ₂ｓｉｎ（θ−４π／３−π）｝・ｓｉｎωｔ …（１１）
(数１２)
ｄＡ＝２Ａ₂ｓｉｎθ・ｓｉｎωｔ …（１２）
(数１３)
ｄＢ＝２Ｂ₂ｓｉｎ（θ−２π／３）・ｓｉｎωｔ …（１３）
(数１４)
ｄＣ＝２Ｃ₂ｓｉｎ（θ−４π／３）・ｓｉｎωｔ …（１４）

さらに、例えば、２相レゾルバ、４相レゾルバなどの他の種類のレゾルバを用いる場合には、それぞれの場合に合わせて適宜検出回路部４０の構成を変更すればよい。

また、上述の説明においては励磁信号が単極レゾルバ２０及び多極レゾルバ３０の双方に供給される構成となっているが、本発明はこれに限られるものではなく、励磁信号が単極レゾルバ２０又は多極レゾルバ３０の何れかに供給されるように選択的に切り換えることにより、レゾルバ相互間の磁気的干渉を防止するようにしてもよい。

図８はディジタル変換されたレゾルバ信号を表すものである。位置検出回路４４として１２ビット仕様の変換器を用いると、２相のＡＢＳ信号は同図（Ｂ）に示すように、レゾルバロータ１回転あたり４０９６（＝２¹²）パルスのディジタル角度信号φに変換される。つまり、ＡＢＳ信号は単極レゾルバ２０が一回転する間に、０から４０９５までカウントアップされたディジタル値となる。一方、２相のＩＮＣ信号は同図（Ａ）に示すように、レゾルバロータ１回転あたり４０９６×１６０（極歯３５の総数）＝６５５３６０パルスのディジタル角度信号φに変換される。つまり、ＩＮＣ信号は、多極レゾルバ３０が一回転する間に、０から４０９５までのカウントアップが１６０回繰り返されたディジタル値となる。

同図において、ｏｆｆｓｅｔ値とは、ＡＢＳ信号の基本成分波の始点に相当する回転角０度を基準とした場合に、ＩＮＣ信号の１６０周期の基本波成分のうち一つの基本波成分とのずれの値のことである。

ＣＰＵ６１はこれらのディジタル角度信号φを取り込み、ダイレクトドライブモータ１０の回転角度位置を演算する。２相のＡＢＳ信号が位置検出回路４４でディジタル信号に変換されたディジタル角度信号φの値をａｂｓとし、２相のＩＮＣ信号が位置検出回路４４でディジタル信号に変換されたディジタル角度信号φの値をｉｎｃとすれば、回転角度位置は、（１５）式の演算により求めることができる。補正量記憶メモリ６３に後述の補正量が記憶されている場合は、ａｂｓの値は補正後の値を用いる。
(数１５)
ａｂｓ×１６０＋（２０４８−ｉｎｃ）＋ｏｆｆｓｅｔ値 …（１５）

ＣＰＵ６１は、パワーアンプ６２を介してダイレクトドライブモータ１０に電力を供給するように、回転角度位置信号を出力する。

なお、レゾルバ信号からディジタル角度信号φを得るためには、必ずしもハードウェア（３／２相変換器、位置検出回路など）で処理する必要はなく、レゾルバ信号をＡ／Ｄ変換し、ソフトウエアによる情報処理でディジタル角度信号φを得るように構成してもよい。

（２）本実施の形態による補正量算出処理及び補正処理
次に、かかる補正量記憶メモリ６３に記憶させる上記補正量の算出処理及びこれに基づく単極レゾルバ２０の出力の補正処理について説明する。かかる補正量の算出処理は、ダイレクトドライブモータ１０の出荷前などに、ダイレクトドライブモータ１０毎に行われる処理であり、単極レゾルバ２０の出力の補正処理は、その後のダイレクトドライブモータ１０の使用時に行われる処理である。

まず上記補正量の算出処理の原理について説明する。ダイレクトドライブモータ１０におけるコギングトルクの発生箇所は、モータ部１６の回転子１４（ロータ磁石）及び固定子１５側のスロットの位置関係により決まる。例えば、ＵＶＷの３相をもつスロットのある相に対し、回転子１４（ロータ磁石）が１極対（Ｓ極及びＮ極それぞれ１個）分の回転を及ぼす角度をモータ電気角の３６０度とした場合、図９に示すように、このモータ電気角の０〜３６０度の範囲内において６箇所のコギングトルクの変動が発生する。これはモータ電気角の３６０度毎に６箇所の安定位置が存在することを意味する。

そこで、コギングの安定位置（以下、これをコギング安定位置と呼ぶ）を狙って単極レゾルバ２０の出力を測定するようにすれば、モータ部１６のサーボをオフした場合においてもコギングトルクの影響によってダイレクトドライブモータ１０の回転軸１２が回転するのを防止でき、この結果、単極レゾルバ２０の出力を補正するための補正量を取得する際のコギングによる悪影響を未然かつ有効に防止して、単極レゾルバ２０の出力誤差を精度良く検出することができる。

なお、以下においては、モータ部１６が１１極対（Ｓ極及びＮ極を合わせて２２極）で３相のモータであるものとして説明する。従って、本実施の形態によるダイレクトドライブモータ１０（モータ部１６）の場合、図１０に示すモータ電気角の０〜３６０度分の範囲内に６箇所のコギング安定位置が存在することとなり、機械角度の０〜３６０度の範囲内では、その１１倍の６６箇所のコギング安定位置が存在することになる。つまり、このダイレクトドライブモータ１０では、機械角度の５．４５（＝３６０／６６）度毎にコギング安定位置が存在することになる。

そこで、本実施の形態においては、５．４５度毎に単極レゾルバ２０の出力誤差を測定し、これらの測定ポイント（各コギング安定位置）におけるかかる単極レゾルバ２０の出力の補正量を順次取得するようにする。

図１１は、このような補正量の取得処理に関するＣＰＵ６１の一連の処理手順を示すものである。ＣＰＵ６１は、ステップＳ１において電源ＯＮとなったことを検出すると、続くステップＳ２において単極レゾルバ２０の出力に基づくディジタル角度信号φの値ａｂｓを読み取る。単極レゾルバ２０の出力を読み取ったら、ステップＳ３に進んで、単極レゾルバ２０の位置信号ａｂｓが０となる位置に最も近く、かつコギングトルクが発生しない位置までの回転指令をパワーアンプ６２に与えてモータ７２を回転させる。このような位置は設計により定めることができるので、予めＣＰＵ６１に与えておくことは可能である。なお、この位置をモータ７２のコギング安定位置となるように設計すると、その後の測定を行い易くすることができる。

次に、ステップＳ４以降の誤差測定処理に移行する。具体的には、モータのロータを５．４５度ずつ回転させ、その位置毎の多極レゾルバ３０の出力を基準とした単極レゾルバ２０の出力誤差を測定する。図１１の例では、ＣＰＵ６１は、まずステップＳ５において、５．４５度の回転指令信号をパワーアンプ６２に与え、次のコギング安定位置までモータ７２を回転させる。その際の位置決めは、多極レゾルバ３０の出力に基づくディジタル角度信号φの値ｉｎｃをもとに行うことにより、真値に近い位置決めが可能である。

またＣＰＵ６１は、続くステップＳＰ６において、回転後の位置における単極レゾルバ２０の位置信号ａｂｓを読み込む。そしてステップＳ７において、真値との差を算出し、単極レゾルバ２０の誤差Ｅとする。次にステップＳ８において、上記単極レゾルバの誤差に基づいて補正量データを作成する。具体的には、ｎ回目の測定における単極レゾルバの誤差Ｅ（ｎ）と、前回の測定における単極レゾルバの誤差Ｅ（ｎ−１）の平均値を算出し、これを補正量とする。

さらにＣＰＵ６１は、ステップＳ９において、作成した補正量データを補正量記憶メモリ６３に記憶させる。この後、ＣＰＵ６１は、以上の動作を繰り返し、１周分（この実施の形態では６６箇所）の位置決め、測定及び補正量データの作成が終了したら（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、一連の処理を終了する。

図１２は、ＣＰＵ６１の位置検出処理ルーチンを記述したフローチャートである。上記の処理によって算出及び記憶された補正量データに従って、アブソリュート位置が補正される。

すなわちＣＰＵ６１は、ステップＳ１１において電源がＯＮとなったことを検出すると、続くステップＳ１２において、その位置における単極レゾルバ２０の出力を取り込む。詳しくは、発信器５１から出力される励磁信号が単極レゾルバ２０に供給され、回転角度位置に対応したリラクタンスが電流信号として検出回路部４０に供給される。検出回路部４０ではこの電流信号を電流／電圧変換器４１ａで電圧信号に変換した後、３／２相変換器４２ａによって２相信号に変換し、アナログスイッチ４３に供給する。ＣＰＵ６１はアナログスイッチ４３を通過すべき信号として２相のＡＢＳ信号を選択するようにＡＢＳ／ＩＮＣ切換信号を出力する。２相のＡＢＳ信号はアナログスイッチ４３を通過してＲＤＣ４４でディジタル信号に変換され、ディジタル角度信号φとしてＣＰＵ６１に供給される。ＣＰＵ６１はこのディジタル角度信号φの値をａｂｓとして取得する。

次にステップＳ１３において、ＣＰＵ６１は、上記補正量データを補正量記憶メモリ６３から読み取り、この補正量に基づいてアブソリュート位置データを補正する。つまり、補正量が正であれば、単極レゾルバに基づくディジタル角度信号の値ａｂｓから補正量を差し引く。

そしてＣＰＵ６１は、続くステップＳ１４において、多極レゾルバ３０の出力を取り込む。詳しくは、発信器５１から出力される励磁信号が多極レゾルバ３０に供給され、回転角度位置に対応したリラクタンスが電流信号として検出回路部４０に供給される。検出回路部４０ではこの電流信号を電流／電圧変換器４１ｂで電圧信号に変換した後、３／２相変換器４２ｂによって２相信号に変換し、アナログスイッチ４３に供給する。ＣＰＵ６１はアナログスイッチ４３を通過すべき信号として２相のＩＮＣ信号を選択するようにＡＢＳ／ＩＮＣ切換信号を出力する。２相のＩＮＣ信号はアナログスイッチ４３を通過してＲＤＣ４４でディジタル信号に変換され、ディジタル角度信号φとしてＣＰＵ６１に供給される。ＣＰＵ６１はこのディジタル角度信号φの値をｉｎｃとして取得する。

以上の処理により、電源投入直後のアブソリュート位置を正確に得ることができる。アブソリュート位置は、電源投入直後のみ必要な情報であり、以降の駆動はｉｎｃつまり多極レゾルバの位置信号を用いた駆動となる。そしてＣＰＵ６１は、この後電源ＯＦＦを検知すると（ステップＳ１５）、この処理手順を終了する。

このように本実施の形態においては、単極レゾルバ３０の出力誤差をコギング安定位置において測定し、この測定結果に基づいて補正量を算出するようにしているため、モータ部１６に対するサーボをオフした場合においてもコギングトルクの影響によってダイレクトドライブモータ１０の回転軸１２が回転することがなく、コギングに起因する悪影響を未然かつ有効に防止して、単極レゾルバ２０の出力を補正するための補正量データとして精度の良いデータを得ることができる。従って、本実施の形態によるモータシステムでは、この補正量に基づいて、単極レゾルバ３０の出力を精度良く補正することができる。

また本発明によるモータシステムでは、単極レゾルバ２０の出力を補正するため、例えば特公平８−１３８８号公報のように外部基準を用いることなく自らのシステム機能によってアブソリュート補正を行うことができる。かくするにつき、簡単な構成でアブソリュート機能を高精度に実現することができ、超高分解能とアブソリュート機能の両立が可能となる。また組立て時のメカ的誤差の許容度が増し、製造工程を簡略化することができる。

さらに最終ユーザによる補正が可能であり、ドライバ等に故障が起きた際などの交換も図１１について上述した処理を１度実施することで対応可能であることから、メンテナンス性が高い。さらに過大な衝撃が加わって絶対精度が悪化した場合にもモータごと交換する必要がないため、その場での修正が可能となる。

（３）他の実施の形態
なお、上述の実施の形態においては、ダイレクトドライブモータ１０に組み込まれる少極レゾルバ及び多極レゾルバとして、単極レゾルバ２０と多極レゾルバ３０を備える構成を例示したが、本発明はこれに限られるものではなく、任意の異種レゾルバをダイレクトドライブモータ１０に組み込む場合にも適用できる。

また上述の実施の形態においては、単極レゾルバ２０の出力を補正するための補正量データの取得を５．４５度毎に行うようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、コギングトルクが発生する５．４５度の倍数角度毎、例えば５．４５度の２倍の１０．９度毎や５．４５度の３倍の１６．３５度毎に単極レゾルバ２０の出力を補正するための補正量データの取得を行うようにしてもよい。

さらに上述の実施の形態においては、本発明を、回転角度を検出するレゾルバ装置に適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、直線型のモータに応用することもできる。

本発明は、ダイレクトドライブモータに用いられる角度位置検出装置のほか、これ以外のＰＭモータに用いられる角度位置検出装置に広く適用することができる。

本実施の形態によるダイレクトドライブモータの構成を示す断面図である。単極レゾルバの構成を示す平面図である。単極レゾルバのステータスコイルの結線図である。多極レゾルバの構成を示す平面図である。多極レゾルバのステータスコイルの結線図である。角度位置検出装置におけるドライブユニットの構成を示すブロック図である。検出回路部のハードウェア構成を示すブロック図である。ディジタル変換されたレゾルバ信号の波形を示す波形図である。コギングトルクの説明に供する概念図である。位置検出座標とモータ座標との関係を示す概念図である。補正量算出処理手順を示すフローチャートである。位置検出処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１０……ダイレクトドライブモータ、２０……単極レゾルバ、３０……多極レゾルバ、４０……検出回路部、４１……電流／電圧変換器、４２……３／２相変換器、４３……アナログスイッチ、４４……位置検出回路、５０……サーボドライバ、６０……ドライブユニット、６１……ＣＰＵ、６３……補正量記憶メモリ。

Claims

コギングトルクを発生するモータの回転軸の回転角度を検出する角度検出装置において、
それぞれ前記モータの前記回転軸の回転角度位置に応じた信号を出力するように構成され、互いに異なる極数を有する複数のレゾルバと、
前記複数のレゾルバのうちの多数極側の出力を基準とした少極側のレゾルバの出力誤差を所定の測定ポイント毎に測定し、当該測定結果に基づいて前記測定ポイント毎の補正量を取得する補正量取得手段と、
取得した前記補正量を記憶する記憶手段と、
各前記測定ポイント毎に、前記記憶手段に記憶された対応する前記補正量に基づいて、前記少極側のレゾルバの出力を補正する補正手段と
を備え、
各前記測定ポイントは、
それぞれ前記モータの前記回転軸が前記コギングトルクの影響を受けない回転角度位置である
ことを特徴とする角度検出装置。
前記少極側のレゾルバの基準位置が、前記前記モータの前記回転軸が前記コギングトルクの影響を受けない前記回転角度位置に設定された
ことを特徴とする請求項１に記載の角度検出装置。
コギングトルクを発生するモータの回転軸の回転角度を検出する角度検出方法において、
それぞれ前記モータの前記回転軸の回転角度位置に応じた信号を出力するように構成され、互いに異なる極数を有する複数のレゾルバのうちの多数極側の出力を基準とした少極側のレゾルバの出力誤差を所定の測定ポイント毎に測定し、当該測定結果に基づいて前記測定ポイント毎の補正量を取得して記憶する第１のステップと、
各前記測定ポイント毎に、前記記憶手段に記憶された対応する前記補正量に基づいて、前記少極側のレゾルバの出力を補正する第２のステップと
を備え、
各前記測定ポイントは、
それぞれ前記モータの前記回転軸が前記コギングトルクの影響を受けない回転角度位置である
ことを特徴とする角度検出方法。
前記少極側のレゾルバの基準位置が、前記前記モータの前記回転軸が前記コギングトルクの影響を受けない前記回転角度位置に設定された
ことを特徴とする請求項３に記載の角度検出方法。