JP2011087414A - Servo motor mechanism and operating method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はモータ機構およびその作動方法に関し、特にサーボモータ機構およびその作動方法に関する。 The present invention relates to a motor mechanism and an operating method thereof, and more particularly to a servo motor mechanism and an operating method thereof.
制御位置、速度または加速度を閉ループ方式で制御する機構は、サーボ機構(servo mechanism)と呼ばれている。一台のサーボ機構は通常、制御対象(plant)と、アクチュエータ(actuator)と、制御装置(controller)などの要素を備えている。制御対象は、例えばマシンアームまたは機械のワークテーブルなどといった制御される対象物である。アクチュエータの機能は制御対象に動力を付与するものであり、ガス、油圧または電力駆動の方式で実現される。もし油圧駆動方式を採用した場合、一般的には油圧サーボ機構と呼ばれる。現在、大多数のサーボ機構は電動方式を採用している。 A mechanism that controls the control position, speed, or acceleration in a closed loop manner is called a servo mechanism. One servo mechanism usually includes elements such as a control object, an actuator, and a controller. The controlled object is an object to be controlled, such as a machine arm or a machine work table. The function of the actuator is to give power to the controlled object, and is realized by a gas, hydraulic or electric power drive system. If a hydraulic drive system is adopted, it is generally called a hydraulic servo mechanism. Currently, the majority of servo mechanisms employ an electric system.
アクチュエータはモータと、電力増幅器とを備えている。サーボ機構に応用されるように特別に設計されているモータはサーボモータと呼ばれている。サーボモータは通常、例えば光学エンコーダ(optical encoder)、レゾルバ(resolver)または角度検出器(angle detector/sensor)などの位置フィードバック(position feedback)手段を内蔵している。現在、産業界に主に用いられているサーボモータには、DCサーボモータ、永久磁石ACサーボモータおよびACインダクションサーボモータなどがある。このうち永久磁石ACサーボモータが大多数を占めている。 The actuator includes a motor and a power amplifier. A motor specially designed to be applied to a servo mechanism is called a servo motor. Servo motors typically incorporate position feedback means such as an optical encoder, resolver, or angle detector / sensor. Currently, servo motors mainly used in the industry include DC servo motors, permanent magnet AC servo motors, and AC induction servo motors. Permanent magnet AC servo motors occupy the majority of these.
制御装置の機能は、サーボモータ機構の閉ループ全体に、例えばトルク制御、速度制御および位置制御などの制御を提供するものである。そして現在、一般的な産業用サーボ駆動装置(servo driver)は通常、制御装置と、電力増幅器とを備えている。 The function of the control device is to provide control such as torque control, speed control and position control over the entire closed loop of the servo motor mechanism. In general, a general industrial servo driver usually includes a control device and a power amplifier.
図1を参照されたい。これは従来のサーボモータ機構の概略図である。そして図2も同時に参照されたい。これは従来のサーボモータ機構のブロック図である。従来のサーボモータ機構は、サーボ駆動装置100と、サーボモータ400とを備えている。前記サーボモータ400はエンコーダ420と、モータユニット440とを備えている。前記サーボ駆動装置100は前記エンコーダ420および前記モータユニット440に電気的に接続されている。前記サーボ駆動装置100は前記モータユニット440の固定子(図示しない)に電流を供給して、磁場を発生させて、前記モータユニット440の回転子(図示しない)を駆動する。このうち、正確な三相電流を発生させるために、前記エンコーダ420により前記モータユニット440の回転子の角度をフィードバックする必要がある。
Please refer to FIG. This is a schematic view of a conventional servo motor mechanism. Please refer to FIG. 2 at the same time. This is a block diagram of a conventional servo motor mechanism. The conventional servo motor mechanism includes a
前記モータユニット440は前記エンコーダ420によりシリアル通信およびパルス方式で、前記モータユニット440における回転子の角度情報を前記サーボ駆動装置100に送信する。可能な方法としては、電源が投入された後、前記サーボモータ400がまず前記サーボモータ400のモータ識別コードを前記サーボ駆動装置100に送信するものが考えられる。これにより、前記サーボ駆動装置100は前記サーボモータ400の型番を取得できる。続いて、前記サーボ駆動装置100内に格納されている対応するモータのパラメータを制御回路に応用する。
The
しかし、この方法では前記サーボ駆動装置100は前記サーボ駆動装置100内に予め格納されている前記サーボモータ400のモータ識別コードしか識別できない。前記サーボ駆動装置100が前記サーボ駆動装置100内に格納されていないモータ識別コードを受信したときには、前記サーボ駆動装置100は前記サーボモータ400を駆動することはできない。
However, in this method, the
永久磁石内蔵型(Interior Permanent Magnet、一般的にIPMと呼ばれる)モータは、磁性体を回転子構造の内部に設けることで、モータのトルク−回転速度性能を高めて、モータのその他の特性を改善するものである。1990年以来、永久磁石内蔵型モータは高い効率を備えていることから、例えば自動車、冷房機器などの各種の民生用製品に広く応用されるようになっている。しかも遠くない将来、サーボモータは、表面磁石型モータに代わって永久磁石内蔵型モータを使用する状況はますます普遍化するものと見られる。 Permanent magnet built-in (Internal Permanent Magnet, generally called IPM) motors are equipped with a magnetic body inside the rotor structure to improve motor torque-rotation speed performance and improve other motor characteristics. To do. Since 1990, motors with built-in permanent magnets have high efficiency, and thus have been widely applied to various consumer products such as automobiles and cooling equipment. In the not-too-distant future, it is likely that servo motors will become increasingly common in the use of permanent magnet built-in motors instead of surface magnet motors.
しかしながら、永久磁石内蔵型モータの特性は、例えば逆起電力を正弦波としにくいといった比較的非直線性である。前記サーボ駆動装置100がモータ識別コードを格納できる空間には限界があるため、数個の永久磁石内蔵型モータに対してモータに必要な補償を行うのは難しい。とりわけ、従来技術における前記サーボ駆動装置100はもしファームウェアを更新しなければ後発の前記サーボモータ400を駆動することはできない。
However, the characteristics of the motor with a built-in permanent magnet are relatively non-linear, for example, the back electromotive force is less likely to be a sine wave. Since there is a limit to the space in which the
上記した従来技術における欠点を改善すべく、本発明の目的は後発のモータを駆動するとともにモータに必要な補償を行うことができるサーボモータ機構を提供するところにある。 In order to improve the above-described drawbacks in the prior art, an object of the present invention is to provide a servo motor mechanism that can drive a later motor and perform necessary compensation for the motor.
上記した従来技術における欠点を改善すべく、本発明の他の目的は後発のモータを駆動するとともにモータに必要な補償を行うことができるサーボモータ機構の作動方法を提供するところにある。 Another object of the present invention is to provide a method of operating a servo motor mechanism that can drive a later motor and perform necessary compensation for the motor in order to improve the above-mentioned drawbacks in the prior art.
上記した本発明の目的を達成するために、本発明のサーボモータ機構はサーボモータを備えている。前記サーボモータはモータユニットと、エンコーダとを備えている。前記エンコーダは前記モータユニットに機械的に接続されている。前記エンコーダはCPUと、記憶部とをさらに備えている。前記記憶部は前記CPUに電気的に接続されている。前記記憶部には前記モータユニットのデータパラメータが格納されている。 In order to achieve the above-described object of the present invention, the servo motor mechanism of the present invention includes a servo motor. The servo motor includes a motor unit and an encoder. The encoder is mechanically connected to the motor unit. The encoder further includes a CPU and a storage unit. The storage unit is electrically connected to the CPU. The storage unit stores data parameters of the motor unit.
上記した本発明の他の目的を達成するために、本発明のサーボモータ機構の作動方法はサーボ駆動手段およびサーボモータに応用される。前記サーボモータはモータユニットと、エンコーダとを備えている。前記エンコーダはCPUと、記憶部とを備えている。前記記憶部には前記モータユニットのデータパラメータが格納されている。前記サーボモータ機構の作動方法は、前記CPUが前記記憶部から前記モータユニットのデータパラメータを読み取るステップと、前記エンコーダが前記モータユニットのデータパラメータを前記サーボ駆動手段に送信するステップと、前記サーボ駆動手段が前記モータユニットのデータパラメータに基づいて前記モータユニットを制御するステップと、を含む。 In order to achieve the above-described other object of the present invention, the operating method of the servo motor mechanism of the present invention is applied to the servo drive means and the servo motor. The servo motor includes a motor unit and an encoder. The encoder includes a CPU and a storage unit. The storage unit stores data parameters of the motor unit. The operating method of the servo motor mechanism includes the step of the CPU reading the data parameter of the motor unit from the storage unit, the step of transmitting the data parameter of the motor unit to the servo driving means, and the servo driving. And means for controlling the motor unit based on data parameters of the motor unit.
1.サーボ駆動手段は後発の前記サーボモータを駆動することができる。
2.異なる前記モータユニットの特性格差を低減することができる。
1. The servo drive means can drive the later servo motor.
2. It is possible to reduce the characteristic difference between the different motor units.
図3を参照されたい。これは本発明のサーボモータ機構のブロック図である。本発明のサーボモータ機構はサーボモータ20と、サーボ駆動手段10とを備えている。前記サーボ駆動手段10は前記サーボモータ20に電気的に接続されている。前記サーボモータ20はモータユニット22と、エンコーダ24とを備えている。前記エンコーダ24は前記モータユニット22に機械的に接続されている。前記エンコーダ24はCPU24Aと、記憶部24Bとを備えている。前記記憶部24Bは前記CPU24Aに電気的に接続されている。
Please refer to FIG. This is a block diagram of the servo motor mechanism of the present invention. The servo motor mechanism of the present invention includes a
前記記憶部24Bには、前記モータユニット22の直軸(d軸)および交さ軸(q軸)の抵抗値、インダクタンス、逆起電力、コギングトルクなどを含むデータパラメータが格納されている。前記サーボ駆動手段10は前記記憶部24B内に格納されている前記モータユニット22のデータパラメータに基づいて、前記モータユニット22を制御する。前記サーボモータ20は例えば永久磁石内蔵型モータとし、そして前記エンコーダ24は絶対値型エンコーダとすることができる。
The storage unit 24B stores data parameters including the resistance value, inductance, counter electromotive force, cogging torque, and the like of the direct axis (d axis) and the intersecting axis (q axis) of the
図4を参照されたい。これは本発明のサーボモータ機構の作動方法のフローチャートである。また同時に図3も参照されたい。まず、電源が投入されると(ステップS10)、前記サーボモータ20はモータ識別コードを前記サーボ駆動手段10に送信する(ステップS20)。続いて前記サーボ駆動手段10は前記モータ識別コードに基づいて、前記モータユニット22のデータパラメータを送信するよう前記エンコーダ24に要求する(ステップS30)。引き続き、前記エンコーダ24のCPU24Aが前記エンコーダ24の前記記憶部24Bより前記モータユニット22のデータパラメータを読み取る(ステップS40)。その後、前記エンコーダ24はモータユニット22のデータパラメータを前記サーボ駆動手段10に送信する(ステップS50)。ここに至って、前記サーボ駆動手段10は前記モータユニット22を認識することになる。最後に、前記サーボ駆動手段10は前記モータユニット22のデータパラメータに基づいて、例えば非干渉補償、コギングトルクの解消または弱め磁束制御などを行うといった前記モータユニット22を制御する(ステップS60)。
Please refer to FIG. This is a flowchart of the operating method of the servo motor mechanism of the present invention. At the same time, see FIG. First, when the power is turned on (step S10), the
図5を参照されたい。これは本発明のサーボモータ機構の非干渉補償の概略図である。前記エンコーダ24(例えば絶対値型エンコーダ)は絶対角度を提供するので、回転角に関係する物理量において正確な補償が得られる。例示するならば、永久磁石内蔵型モータの三相逆起電力が台形に近づいたとき、電源が投入された後、前記サーボ駆動手段10の処理手段12は前記エンコーダ24から前記モータユニット22の逆起電力波形を得る。そこで、前記サーボ駆動手段10の前記処理手段12は非干渉補償回路14、パルス変調部16および絶縁ゲートバイポーラトランジスタ18を制御し、後続の補償を行いトルクの平滑化制御を発生させる。
Please refer to FIG. This is a schematic diagram of non-interference compensation of the servo motor mechanism of the present invention. Since the encoder 24 (for example, an absolute value type encoder) provides an absolute angle, accurate compensation can be obtained in a physical quantity related to the rotation angle. For example, when the three-phase counter electromotive force of the motor with a built-in permanent magnet approaches a trapezoid, after the power is turned on, the processing means 12 of the servo drive means 10 moves from the
図6を参照されたい。これは本発明のサーボ駆動手段およびエンコーダの作動タイムチャートである。図中のS1は前記サーボ駆動手段10が前記エンコーダ24に送給する前記モータ識別コードを表しており、各サーボモータ20はこのサーボモータ機構に取付けられた後に、独自のモータ識別コードが設定されるので、前記モータ識別コードはサーボ駆動手段10が各サーボモータ20を識別するための最初のデータとされる。前記エンコーダ24の前記記憶部24B内には前記モータ識別コードに対応するデータパラメータが格納されている。図中のS2〜S5は、前記エンコーダ24が前記モータ識別コードに対応するデータを前記サーボ駆動手段10にフィードバックするものを表している。前記サーボ駆動手段10は通電されると、すべてのモータのデータパラメータの読み取りを開始することで(図中S2、S3など)、リアルタイムの角度位置がフィードバックされる(図中S4、S5など)。例えばS2は前記モータユニット22の直軸(d軸)および交さ軸(q軸)の抵抗値データであり、S3は前記モータユニット22の直軸(d軸)および交さ軸(q軸)のインダクタンスデータである。すべてのモータのデータパラメータの送信が完了した後、リアルタイムの角度位置がフィードバックされる。
前記エンコーダ24の前記記憶部24B内に格納されているデータパラメータは前記サーボモータ20の製造時に、測定装置により整理された後、前記エンコーダ24の前記記憶部24B内に再度格納される。各モータは異なるデータパラメータを持っている。よって、前記サーボ駆動手段10およびサーボモータ20については、個別のモータの異なるデータパラメータを取得することで、性能全体としての平準化に寄与することになる。つまり、異なるモータの特性格差はこれにより低減されるということである。
See FIG. This is an operation time chart of the servo drive means and encoder of the present invention. S1 in the figure represents the motor identification code that the servo driving means 10 sends to the
The data parameters stored in the storage unit 24B of the
日進月歩している科学技術において、さまざま異なる要求に応えるべく、サーボモータも絶えず新旧交代している。つまり、サーボ駆動装置は付随するようにファームウェアのアップグレード更新されることが求められる。しかし、これでは人的、物的なリソースの消費が膨大となってしまう。本発明では、ファームウェアのアップグレード更新における人的、物的なリソースの消費を大幅に削減することができる。本発明の技術的特徴は主に次のものを含む。
1.前記エンコーダ24は前記CPU24Aと前記記憶部24Bとを備えている。前記記憶部24Bは前記モータユニット22のデータパラメータおよび角度に関係する逆起電力およびコギングトルク波形を格納するのに用いられる。
2.前記サーボ駆動手段10は通電されると、前記モータユニット22のすべてのデータパラメータの読み取りを開始することで、リアルタイムの角度位置がフィードバックされる。前記サーボ駆動手段10は前記モータユニット22のデータパラメータで補償を行うことで、前記モータユニット22を平滑化して、効率を向上させる。
3.前記エンコーダ24の記憶部24B内に格納されているデータパラメータは前記サーボモータ20の製造時に、測定装置により整理された後、前記エンコーダ24の前記記憶部24B内に再度格納される
4.永久磁石内蔵型モータは回転子の角度情報がなければ正確な補償ができないため、絶対値型エンコーダで絶対角度を提供して、回転角に関係する物理量において正確な補償が得られる。
In the science and technology that are constantly evolving, servo motors are constantly changing to meet different requirements. In other words, the firmware needs to be upgraded and updated so that the servo drive device is attached. However, this consumes a lot of human and physical resources. According to the present invention, it is possible to greatly reduce the consumption of human and physical resources in firmware upgrades and updates. The technical features of the present invention mainly include the following.
1. The
2. When the servo drive means 10 is energized, the reading of all data parameters of the
3. 3. Data parameters stored in the storage unit 24B of the
本発明の長所は主に次のものを含む。
1.前記サーボ駆動手段10は後発の前記サーボモータ20を駆動することができる。
2.異なる前記モータユニット22の特性格差を低減することができる。
The advantages of the present invention mainly include:
1. The servo drive means 10 can drive the
2. It is possible to reduce the characteristic difference between the
上記をまとめるに、本発明が産業上の利用可能性、新規性および進歩性を備えており、しかも本発明の構造は同類の製品に見られず、公開使用もされていないことから、発明特許の出願要件を完全に満たすため、ここに特許法に基づき特許を出願するものである。 In summary, the present invention has industrial applicability, novelty, and inventive step, and the structure of the present invention is not found in similar products and is not publicly used. In order to fully satisfy the filing requirements of the present invention, a patent is filed here under the Patent Law.
100 サーボ駆動装置
400 サーボモータ
420 エンコーダ
440 モータユニット
10 サーボ駆動手段
20 サーボモータ
22 モータユニット
24 エンコーダ
24A CPU
24B 記憶部
S10〜S60 ステップ
12 処理手段
14 非干渉補償回路
16 パルス変調部
18 絶縁ゲートバイポーラトランジスタ
S1〜S5 サーボ駆動手段とエンコーダとの間における送信信号
DESCRIPTION OF
24B Storage units S10 to
Claims (10)
モータユニットと、
前記モータユニットに機械的に接続されているエンコーダと、を備えており、前記エンコーダは、
CPUと、
前記CPUに電気的に接続されるとともに、前記モータユニットのデータパラメータが格納されている記憶部と、をさらに備えていることを特徴とするサーボモータ機構。 A servo motor mechanism including a servo motor, wherein the servo motor is
A motor unit;
An encoder mechanically connected to the motor unit, and the encoder is
CPU,
A servo motor mechanism, further comprising a storage unit electrically connected to the CPU and storing data parameters of the motor unit.
A.前記CPUが前記記憶部から前記モータユニットのデータパラメータを読み取るステップと、
B.前記エンコーダが前記モータユニットのデータパラメータを前記サーボ駆動手段に送信するステップと、
C.前記サーボ駆動手段が前記モータユニットのデータパラメータに基づいて前記モータユニットを制御するステップと、を含むことを特徴とするサーボモータ機構の作動方法。 An operating method of a servo motor mechanism applied to a servo drive means and a servo motor, wherein the servo motor includes a motor unit and an encoder, and the encoder stores a CPU and data parameters of the motor unit. And an operating method of the servo motor mechanism,
A. The CPU reading data parameters of the motor unit from the storage unit;
B. The encoder transmitting data parameters of the motor unit to the servo drive means;
C. And a step of controlling the motor unit based on data parameters of the motor unit.
A1:前記サーボ駆動手段が、前記モータユニットのデータパラメータを送信するよう前記エンコーダに要求するステップ、をさらに含むことを特徴とする請求項6に記載のサーボモータ機構の作動方法。 Before step A,
The method according to claim 6, further comprising: A1: requesting the encoder to transmit the data parameter of the motor unit.
A2:前記サーボモータがモータ識別コードを前記サーボ駆動手段に送信するステップ、をさらに含むことを特徴とする請求項7に記載のサーボモータ機構の作動方法。 Before step A1,
The servo motor mechanism operating method according to claim 7, further comprising: A2: the servo motor transmitting a motor identification code to the servo driving means.
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