JP2016129491A

JP2016129491A - モータの磁極位置補正方法

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Publication number: JP2016129491A
Application number: JP2016081908A
Authority: JP
Inventors: 川井　庸市; Tsuneichi Kawai; 庸市川井
Original assignee: Okuma Corp; Okuma Machinery Works Ltd
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2016-04-15
Filing date: 2016-04-15
Publication date: 2016-07-14
Anticipated expiration: 2030-11-25
Also published as: JP6138995B2

Abstract

【課題】ダイレクトドライブモータを採用した可動範囲が限定された駆動軸において、ダイレクトドライブモータと位置検出器の取付け誤差を制御装置内で補正する方法を提供する。【解決手段】モータの磁極位置補正方法は、ダイレクトドライブモータの可動子を機械式ブレーキで拘束し（Ｓ９）、指令位置を現在位置と離れた位置に指令し（Ｓ１０）、ダイレクトドライブモータのトルク指令値を検出し（Ｓ１２）、トルク指令値と所定の閾値とを比較することにより磁極位置補正値を決定し（Ｓ１４、Ｓ１６）、前記決定された磁極位置補正値をメモリに記憶し（Ｓ１８）、メモリに記憶した磁極位置補正値により求めた電気角オフセット値をモータ制御に用いる。【選択図】図２

Description

本発明は、工作機械の軸駆動などに利用される直動型や回転型のダイレクトドライブモータにおいて、モータと位置検出器の取付け誤差に起因する出力トルク低下を改善するものである。

近年、工作機械の軸駆動において、ボールネジや減速機を用いずに、モータで直接テーブルを駆動することで、高速・高精度な位置決めを可能としたダイレクトドライブモータが用いられる場合がある。

ダイレクトドライブ方式では、減速機構がないためモータの位置決め精度が直接、駆動軸の位置決め精度となってしまう。よって、ダイレクトドライブモータには高い位置決め精度が要求される。通常、ダイレクトモータを使用する場合には、高分解能な位置検出器を取り付けて駆動軸の位置を検出している。

尚、直動型のダイレクトドライブモータは移動体の可動子とベッドに固定される固定子から構成される。また、回転型のダイレクトドライブモータは移動体の回転子と固定子で構成される。本発明は直動型と回転型のドライブモータのいずれにも適用可能な発明である。以降の説明では、上記回転子も含めて可動子と呼ぶ。

図８は、上記ダイレクトドライブモータ１１の制御装置の構成を示すブロック図である。ダイレクトドライブモータ１１の制御装置は、位置検出器１２、比例増幅器２１、２２、電流分配器２３、積分増幅器２４、電流制御部２５、微分器２６、３相ＰＷＭインバータ２８、および、電流検出器２９を含む。この制御装置において、位置指令θ＊が入力されると、この位置指令値と位置検出器１２による検出値、すなわちダイレクトドライブモータ１１の可動子位置との差分が比例増幅器２１によって増幅されて、可動子の速度指令Ｖ＊として出力される。そして、この速度指令Ｖ＊と、位置検出器１２の検出値を微分器２６で微分して得られる可動子の速度との差分が、比例増幅器２２および積分増幅器２４によってＰＩ演算されてトルク指令Ｔ＊が生成される。このトルク指令Ｔ＊の入力を受けて電流分配器２３は、３相電流指令Ｉｕ＊，Ｉｖ＊，Ｉｗ＊のうち２相分の電流指令Ｉｕ＊、Ｉｖ＊を生成して電流制御部２５へ出力する。このとき、電流指令を生成する際に、位置検出器１２による検出値が考慮される。

電流制御部２５は、電流分配器２３から入力された電流指令Ｉｕ＊およびＩｖ＊と、ｉｕ＊＋ｉｖ＊＋ｉｗ＊＝０の関係式から導出される電流指令Ｉｗ＊とに基づいて、３相電圧指令ｅｕ＊、ｅｖ＊、ｅｗ＊を生成して３相ＰＷＭインバータ２８へ出力する。ダイレクトドライブモータ１１は、直流電源２７から供給される直流電圧をインバータ２８が前記３相電圧指令ｅｕ＊、ｅｖ＊、ｅｗ＊に基づいて変換した３相交流電圧を印加して駆動される。実際にダイレクトドライブモータ１１に印加する電圧は、電流制御部２５において、電流検出器２９によって検出された電流検出値ｉｕ、ｉｖ、ｉｗとの偏差から求めた３相電圧指令ｅｕ＊、ｅｖ＊、ｅｗ＊である。

図９は、ダイレクトドライブモータ１１の可動子を固定した状態で、電流位相をスライドさせた場合の推力・トルク特性を示した図である。図９から、ダイレクトドライブモータ１１の推力・トルクは電流位相が９０°となるように制御したとき同一電流に対し最大となることが分かる。ダイレクトドライブモータ１１の推力・トルクを効率良く発生させるためには、ダイレクトドライブモータ１１のステータコイルに通電する電流位相を可動子の磁極位置に対して所定の位相差で制御する必要がある。このため、可動子の実際の位置と、位置検出器１２によって検出される位置検出値との相対的な位置関係は、制御回路内部で予め設定された所定の位置関係と同じである必要があるが、実際にはダイレクトドライブモータ１１と位置検出器１２の各取付け穴と雌ねじ穴とのがたや、機械的な加工誤差による取付け穴や雌ねじ穴の位置ずれ等の影響によって取付け誤差を生じる。取付け誤差が生じると、電流位相θ1は９０°＋誤差(電気角)となり、出力トルクが低下してしまう。

また、ダイレクトドライブモータ１１は、モータの位置決め精度を向上するために、多極構造を採用している。これはモータの移動距離に対するモータの制御角を大きくするためである。しかし、多極モータほど取付け誤差に対するトルク低下が大きくなるという問題がある。具体的に回転型を例に説明すると、ｎ極対のモータにおいて機械角θ'と電気角θ''はθ''＝nθ'の関係にある。例えば取付け誤差が機械角で＋１°となった場合、４極対モータにおいては電気角で＋４°の誤差であるが、３２極対モータにおいては電気角で＋３２°の誤差となってしまう。このとき出力トルクは、図９に示すように、前者では９９．８％になって０.２％のトルク低下となり、後者では８５％になって１５％のトルク低下となり、多極モータほど取付け誤差に対するトルク低下が大きくなることが分かる。このため、特に多極を採用しているダイレクトドライブモータの場合は、ダイレクトドライブモータ１１と位置検出器１２をより正確な位置に取り付ける必要がある。しかし、実際には、ダイレクトドライブモータ１１や位置検出器１２の各取付け穴と雌ねじ穴とのがたは、加工精度および組立の関係上必要であり、無くすことが困難である。そのため、特開２０００−１６６２７８号公報（特許文献１）では、組立後に取付け誤差を電気的に補正する磁極位置補正方法が提案されている。

特開２０００−１６６２７８号公報

しかし、ダイレクトドライブモータと位置検出器の取付け誤差を電気的に補正する特許文献１の磁極位置補正方法は、モータの回転軸を一定で回転させながらｄ軸電流誤差増幅器の出力をもとに磁極位置補正値を演算するため、可動角度が制限される回転軸や可動距離が制限される直線軸には適用できない。

さらに、上記のような磁極位置補正を行う場合、ダイレクトドライブモータと位置検出器の取付け間違いや取付け誤差により、ダイレクトドライブモータと位置検出器の取付け位置関係が当初から最適な磁極位置補正値に対して電気角で±９０°以上ずれている可能性がある。ここで、取付け間違いとは、モータの可動子やステータの取付け位置を正規の角度と異なる角度に取り付けてしまうことである。また、取付け誤差とは、取付け穴と雌ねじ穴とのがたや、機械的な加工誤差による取付け穴や雌ねじ穴の位置ずれ等により発生する取付け角度誤差のことである。ダイレクトドライブモータと位置検出器との取付位置関係が電気角で±９０°以上ずれると、ダイレクトドライブモータが制御不能となり、モータの位置決めができず磁極位置補正が行えないばかりか、駆動軸の想定可動範囲を超えて移動することで隣接する機械構成部品と衝突して破損するといった課題があった。

本発明は、上記問題点を解決するもので、ダイレクトドライブモータを採用した駆動軸において、ダイレクトドライブモータと位置検出器の取付け誤差を制御装置内で補正する方法を提供することを１つの目的とする。また、本発明は、ダイレクトドライブモータを採用した駆動軸において、ダイレクトドライブモータと位置検出器の取付け誤差の補正を安全に行える方法を提供することをもう１つの目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係るモータの磁極位置補正方法は、ダイレクトドライブモータの可動子位置と、前記ダイレクトドライブモータに取り付けられた位置検出器によって検出される可動子位置検出値との相対的な位置関係を補正するモータの磁極位置補正方法であって、前記ダイレクトドライブモータの可動子を機械式ブレーキにより拘束するステップと、前記ダイレクトドライブモータの可動子位置を現在値と異なる位置に位置指令入力するステップと、前記ダイレクトドライブモータのトルク指令値を検出するステップと、前記トルク指令値と所定の閾値とを比較することにより磁極位置補正値を決定するステップと、前記決定された磁極位置補正値をメモリに記憶するステップと、前記メモリに記憶した磁極位置補正値により求めた電気角オフセット値をモータ制御に用いるステップとを含むことを特徴とする。

本発明に係るモータの磁極位置補正方法において、前記磁極位置補正値を決定するステップは、トルク指令値を監視しながら磁極位置補正値を自動的に変更するステップと、トルク指令値が所定の閾値未満となる磁極位置補正値を探索するステップとを含んでもよい。

また、本発明に係るモータの磁極位置補正方法において、前記磁極位置補正値を決定するステップは、磁極位置補正値を変更するステップと、変更後と変更前のトルク指令値の差を求めるステップと、その差が負から正に逆転する磁極位置補正値を探索するステップとを含んでもよい。

また、本発明に係るモータの磁極位置補正方法において、前記トルク指令値に上限値を設定してもよい。

また、本発明に係るモータの磁極位置補正方法において、前記可動子が動かないように機械式ブレーキをかけた状態で前記ダイレクトドライブモータを位置制御し、そのときのダイレクトドライブモータのトルク指令値が予め設定された閾値を超えた場合にはダイレクトドライブモータが制御不能状態にあると判断するステップを、ダイレクトドライブモータを現在値と異なる位置に位置指令入力するステップの前に追加してもよい。

さらに、本発明に係るモータの磁極位置補正方法において、前記ダイレクトドライブモータと前記センサとの取付け角度が最適な磁極位置補正値を中心とする±９０度の電気角の範囲となるように前記ダイレクトドライブモータおよび前記センサが位置決めされて取り付けられていてもよい。

特許文献１の従来例による磁極位置補正方法は、可動子を一定速度で回転させながらｄ軸電流誤差増幅器の出力をもとに磁極位置補正値を演算するため、磁極位置補正を行っている間は、一定の速度で可動子を回転させ続ける必要があった。したがって、可動範囲が制限されている回転軸に従来の磁極位置補正方法を適用しようとすると、磁極位置補正中にストロークエンドに達してしまうことになり補正を行うことができなかった。また、直線軸の場合も同様に、磁極位置補正を行っている途中にストロークエンドに到達してしまうため、補正を行うことができなかった。

これに対し、本発明に係る磁極位置補正方法によれば、可動子を固定した状態で磁極位置を補正することができるため、可動角度が制限される回転軸や可動距離が制限される直線軸において磁極位置補正を行うことが可能となる。すなわち、ダイレクトドライブモータと位置検出器の検出原点との相対的な位置関係が完全に一致していなくても、制御装置内でダイレクトドライブモータと位置検出器の位置検出値とのズレを補正し、正確な電流位相制御を実現できるため、前記ズレに起因する出力トルク低下を無くすことが出来、さらに、ダイレクトドライブモータが制御不能となって駆動軸が可動距離を越えて衝突することもない。

本発明の実施形態であるモータの磁極位置補正方法が実行されるモータ制御装置の概略構成を示すブロック図である。本発明の第１の実施形態における磁極位置補正方法のフローチャートである。本発明における磁極位置補正値とトルク指令値の関係を説明する図である。本発明の第２の実施形態における磁極位置補正方法のフローチャートである。本発明の第３の実施形態における磁極位置補正方法のフローチャートである。本発明の第４の実施形態における磁極位置補正方法のフローチャートである。ダイレクトドライブモータと位置検出器とを特定の取付け関係に位置決めする位置決め手段を設けたダイレクトドライブモータおよび位置検出器の側面図である。ダイレクトドライブ方式のモータ制御装置を示したブロック図である。モータにおける電流の位相差と推力・トルクとの関係を示した図である。

[第１の実施形態]
図１〜図３を用いて、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、本発明の実施形態であるモータの磁極位置補正方法が実行されるモータ制御装置１の概略構成を示すブロック図である。図２は本発明の第１の実施形態であるモータの磁極位置補正方法の処理手順を示すフローチャートである。図３は、ダイレクトドライブモータが、一定の推力・トルクを出力した状態での磁極位置補正値とトルク指令値Ｔ＊の関係を表した図である。

図１において、モータ制御装置１は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）４２、メモリ４４および位置指令設定部４６を含む制御部４０を備える。中央演算処理装置４２は、メモリ４４から磁極位置補正プログラムを読み出して実行する機能を有する。メモリ４４は、磁極位置補正プログラムを予め記憶したＲＯＭや、検出データ等を書換え可能に記憶するＲＡＭなどから構成されている。位置指令設定部４６は、自動的に又はオペレータによる手動操作に応じて、ダイレクトドライブモータの可動子の位置指令である位置指令θ＊を設定して比例増幅器２１へ入力する機能を有する。位置指令設定部４６は、手動操作用のためのスイッチ、キーボード、ダイヤルなどの入力手段を含んでもよい。モータ制御装置１の他の構成は、図８を参照して上述したものと同様であるため、同じ構成要素に同じ符合を付して説明を省略する。

本実施形態による磁極位置補正値導出に用いるトルク指令値と磁極位置補正値との関係について説明する。尚、直動型のダイレクトドライブモータの場合は、トルク指令値ではなく推力指令値と呼ぶ方が正しいが、以降の説明では推力指令値も含めてトルク指令値と呼ぶ。図３によれば、磁極位置補正値が図示した最適補正値であればトルク指令値は最小となり、最適補正値から離れる程、同一電流で発生可能な推力・トルクが低下するためにトルク指令は大きくなる。このことから、トルク指令値の大きさを検出することで磁極位置補正値のズレ量を判断することが出来る。

トルク指令値の大きさを検出することで磁極位置補正値のズレ量を求めるには、ダイレクトドライブモータを一定の推力・トルク出力状態にする必要がある。このために、例えば可動範囲に制限のない回転軸においては、ダイレクトドライブモータを速度制御により一定回転させ、その際に出力されるトルク指令Ｔ＊を検出する方法が考えられる。しかし、可動範囲に制限がある駆動軸の場合は、速度制御により一定回転で駆動することはできない。そこで、本発明の実施形態ではダイレクトドライブモータが一定の推力・トルクを出力する状態にするために、機械式ブレーキにより駆動軸を拘束した状態で、ダイレクトドライブモータに現在値と異なる位置指令を加え、指令位置と駆動軸の位置に誤差を発生させることで実現する。また、指令位置を変化させることで本発明の磁極位置補正に適切なトルク指令値、すなわち推力・トルクの大きさに設定することができる。

次に、第１の実施形態による磁極位置補正方法の調整手順を説明する。この磁極位置補正方法は、制御部４０に含まれる中央演算処理装置４２によるソフトウェア制御によって実行されてもよいし、又は、その手順の一部がハードウェア要素によって実現されてもよい。

図２において、まず、Ｓ９において可動子に連結される駆動軸、すなわちダイレクトドライブモータを機械式ブレーキで拘束する。次に、ステップＳ１０において、指令位置を現在位置と離れた位置に指令する。すなわち、位置指令設定部４６により自動または手動操作で設定された位置指令θ＊を比例増幅器２１に入力する。これにより、ダイレクトドライブモータが一定の推力・トルクを出力した状態にする。

一方、制御部４０のメモリ４４には、位置検出器の検出原点と可動子の磁極位置との位相差を指定する電気角オフセット値と、前記電気角オフセット値を補正する磁極位置補正値とが予め記憶されている。前記磁極位置補正値は、手動もしくは自動で変更可能に設定されている。

次に、ステップＳ１２において、ダイレクトドライブモータが位置決めされている状態で発生しているトルク指令値を検出し、続くステップＳ１４においてトルク指令値と予め設定した閾値を比較する。この閾値として、位置指令θ＊に関連付けてメモリ４４に予め記憶されているものを用いることができる。トルク指令値が閾値以上であればステップＳ１６において磁極位置補正値を変化させ、再度、ステップＳ１２およびＳ１４でトルク指令値を検出し閾値との比較を行う。この動作をトルク指令値が閾値未満になるまで繰り返す。なお、ここでのステップＳ１２ないしＳ１６が、トルク指令値を監視しながら磁極位置補正値を自動的に変更するステップと、トルク指令値が所定の閾値未満となる磁極位置補正値を探索するステップに相当する。

そして、トルク指令値が閾値未満となる磁極位置補正値が見つかれば、ステップＳ１８において、その値をメモリ４４に記憶する。この補正値により補正した電気角オフセット値を制御部４０から電流分配器２３へ入力してモータ制御に用いる。

なお、最適補正値を求める方法としては、磁極位置補正値を手動で変更しながらトルク指令値Ｔ＊が所定の閾値より小さくなる磁極位置補正値を探索する方法と、磁極位置補正値を自動で変更してトルク指令値Ｔ＊と所定の閾値の大小を比較し、トルク指令値Ｔ＊が所定の閾値未満になる磁極位置補正値を自動で求める方法とがある。どちらの方法を採用しても本発明の効果を得ることができるが、自動で磁極位置補正値を求める方法を採用することにより、より高速に磁極位置補正値を導出することが出来る。

上述したように本実施形態によれば、特許文献１に示される磁極位置補正方法とは異なり、補正の際にダイレクトドライブモータの軸を一定速度で又は１周以上回転させる必要が無い。よって、可動範囲が制限される駆動軸でも磁極位置補正を行うことができる。

[第２の実施形態]
図４は、本発明の第２の実施形態であるモータの磁極位置補正方法の処理手順を示すフローチャートである。第２の実施形態では、第１の実施形態に比べて、より精度よく磁極位置補正値の最適補正値を求めることができる。

第２の実施形態では、制御部４０のメモリ４４が磁極位置補正値及びトルク指令値を保存するためにＴ＊レジスタとして用いられ、まず、ステップＳ２０およびＳ２２において磁極位置補正値を初期化するとともにＴ＊レジスタを初期化する。このときＴ＊レジスタにはダイレクトドライブモータに適用されるトルク指令値の最大値を保存する。

次に、Ｓ２３において可動子に連結される駆動軸、すなわちダイレクトドライブモータを機械式ブレーキで拘束する。その後、ステップＳ２４において、位置指令設定部４６により自動または手動操作で設定された位置指令θ＊が比例増幅器２１に入力される。これにより、ダイレクトドライブモータ１１を駆動し、位置制御により可動子を所定の位置に位置決めさせる。このとき、ステップＳ２６において、可動子の位置を保持するためにダイレクトドライブモータ１１に所定のトルクを出力するためのトルク指令値Ｔ＊を検出し、続くステップＳ２８において、検出したトルク指令値とＴ＊レジスタに保存されている値を比較する。次に、検出したトルク指令値Ｔ＊がＴ＊レジスタ以下であれば、ステップＳ３０においてＴ＊レジスタにトルク指令値Ｔ＊を保存し、続くステップＳ３２において磁極位置補正値を予め設定した値δだけ増加した値に設定し、再度ステップＳ２６およびＳ２８でトルク指令値Ｔ＊を検出し再度Ｔ＊レジスタとの比較を行う。この動作を、検出したトルク指令値Ｔ＊がＴ＊レジスタよりも大きくなるまで繰り返す。なお、ここでのステップＳ２６〜Ｓ３２が、磁極位置補正値を変更するステップと、変更後と変更前のトルク指令値の差を求めるステップと、その差が負から正に逆転する磁極位置補正値を探索するステップに相当する。

そして、トルク指令値がＴ＊レジスタよりも大きくなる磁極位置補正値が見つかれば、ステップＳ３４において、その値からδを引いた値を制御部４０のメモリ４４に記憶する。この補正値を位置検出器１２の磁極位置補正値として用い、磁極位置補正が完了する。この磁極位置補正値により補正した電気角オフセット値が制御部４０から電流分配器２３へ入力されてモータ制御に用いられる。

本実施形態は、検出したトルク指令値から磁極位置補正値を得る手法は第１の実施形態と同じであるが、第１の実施形態では予め設定した閾値以下となる磁極位置補正値を設定値としたのに対し、本実施形態ではトルク指令値が最小となる磁極位置補正値を求めて設定値としている。本実施形態によって、より正確な磁極位置補正値が導出でき、ダイレクトドライブモータ１１と位置検出器１２の取付け誤差に起因する出力トルク低下を改善することが出来る。

[第３の実施形態]
図５は、第３の実施形態であるモータの磁極位置補正方法の処理手順を示すフローチャートである。図５にしたがって、本実施形態による磁極位置補正方法の手順を説明する。

第１，第２の実施形態の磁極位置補正方法において、トルク指令をモータの定格推力・トルク以上に大きくすると、調整中にモータが加熱し、モータに内蔵されているサーマルプロテクタ等が動作して調整できなくなる場合がある。これを防ぐために、あらかじめ一定のトルク指令値以上は流さなくするトルクリミット機能を設定する場合がある。このトルクリミット機能をモータの定格推力・トルク以下に設定しておくことで、モータは許容温度以上上がらなくなりモータの過熱を防ぐことができる。

また、ブレーキ力がモータの発生する推力よりも小さい場合や、調整時に何らかの原因でブレーキが動作しなかった場合、トルク指令値が大きい状態でモータが駆動すると、モータが可動範囲を超えて機械に衝突する可能性がある。トルクリミットを設定することで、このような現象を未然に防ぐことができる。

具体的には、ステップＳ５０において、トルク指令値Ｔ＊の上限値としてトルクリミット値Ｔｌｉｍを設定する。この設定は、位置指令設定部４６の入力手段を通じてオペレータの手動操作により実行されてもよいし、あるいは、メモリ４４に予め記憶されている値を読み出して使用してもよい。

その後、ステップＳ５２において磁極位置補正を実行して最適磁極補正値を求め、続くステップＳ５４において、求めた最適磁極補正値をメモリ４４に記憶する。ここでの磁極位置補正の手順は、図２を参照して上述した第１の実施形態におけるステップＳ９〜Ｓ１８と実質的に同じであるが、異なる点はステップＳ１２において検出されたトルク指令値Ｔ＊と上記トルクリミット値Ｔｌｉｍとの比較を行い、トルク指令値Ｔ＊が上記トルクリミット値Ｔｌｉｍを超えないように指令することである。

そして、メモリ４４に記憶した磁極位置補正値を位置検出器１２の磁極位置補正値として用い、磁極位置補正が完了する。この磁極位置補正値により補正した電気角オフセット値が制御部４０から電流分配器２３へ入力されてモータ制御に用いられる。

[第４の実施形態]
図６は、本発明の第４の実施形態であるモータの磁極位置補正方法の処理手順を示すフローチャートである。第４の実施形態では、可動子に連結された駆動軸を固定する機械式ブレーキ（図示せず）を設け、このブレーキを作動させた状態でダイレクトドライブモータ１１を位置制御し、そのときのダイレクトドライブモータ１１のトルク指令値Ｔ＊からダイレクトドライブモータ１１が制御不能かどうかを判断することを特徴とする。ダイレクトドライブモータ１１が制御不能となる磁極位置補正値である場合、微小な位置誤差に対しても過大なトルク指令Ｔ＊が発生する。このことを利用し、トルク指令値Ｔ＊の大きさに基づいてダイレクトドライブモータ１１が制御不能となる磁極位置補正値であるかどうかを判断する。

図６を参照すると、まず、ステップＳ６０において、トルク指令値Ｔ＊の上限値として第１トルクリミット値Ｔｌｉｍ１を設定する。このとき第１トルクリミット値Ｔｌｉｍ１は、上記機械式ブレーキのブレーキ力に比べて極めて小さい値に設定する。これにより、万一、磁極位置補正値のずれ量が所定量以上であってダイレクトドライブモータ１１が制御不能となった場合でも、駆動軸がブレーキで固定されていれば回動できない。

次に、ステップＳ６２において、上記機械式ブレーキを作動させて可動子をブレーキで固定し、ステップＳ６４においてダイレクトドライブモータ１１の位置制御を開始する。そして、ステップＳ６６において、可動子が固定されている状態で発生しているトルク指令値Ｔ＊を検出および確認し、続くステップＳ６８においてトルク指令値Ｔ＊と予め設定した制御不能防止磁極位置補正値算出用閾値Ｔ＊ｔｈｒ（過大なトルク指令値Ｔ＊を判断するための閾値であり、第１トルクリミット値Ｔｌｉｍ１と同じ値）の比較を行う。トルク指令値Ｔ＊がこの閾値Ｔ＊ｔｈｒ以上であればステップＳ７０において磁極位置補正値をδだけ増加させ、再度、ステップ６６およびＳ６８でトルク指令値Ｔ＊を検出して閾値Ｔ＊ｔｈｒとの比較を行う。この動作をトルク指令値Ｔ＊が閾値Ｔ＊ｔｈｒ未満になるまで繰り返す。

そして、トルク指令値Ｔ＊が閾値Ｔ＊ｔｈｒ未満となる磁極位置補正値が見つかれば、ステップ７２において、その値をメモリ４４に記憶する。

続いて、ステップＳ７４において、トルク指令値Ｔ＊に対する第２トルクリミット値Ｔｌｉｍ２を設定する。このとき第２トルクリミット値Ｔｌｉｍ２は、ダイレクトドライブモータの定格推力・トルク以下の値に設定する。そして、ステップＳ７８において、最適磁極位置補正を実施し、求めた最適磁極位置補正値をメモリ４４に記憶し、この最適磁極位置補正値を位置検出器１２の磁極位置補正値として用い、磁極位置補正が完了する。この磁極位置補正値により補正した電気角オフセット値が制御部４０から電流分配器２３へ入力されてモータ制御に用いられる。

次に、図７を参照して、回転型のダイレクトドライブモータに対して位置検出器１２を特定の位置関係で取り付けられるよう位置決めする位置決め構造を設けた例について説明する。ダイレクトドライブモータは、３相巻線を有するステータ３１と、周囲に永久磁石がＮ極とＳ極とが交互になるよう配置されている可動子３２とを備える。位置検出器１２は、センサ３３、および、センサ３３の検出対象となる検出歯車３４で構成される。ステータ３１はステータハウジング３６に取付けボルト６０によって固定され、検出歯車３４は可動子３２に取付けボルト６１によって固定される。

ダイレクトドライブモータ１１と位置検出器１２が制御不能とならない角度範囲内となるように取り付ける位置決め構造について説明する。制御不能とならない角度範囲とは、図９の出力トルクがプラスの場合であり、電気角で±９０°である。この角度以内にするためには、ダイレクトドライブモータ１１と位置検出器１２とが特定の位置関係となるように組付け、このとき最適となる電気角オフセット値を制御装置１に設定すればよい。このためには、ステータ３１と、可動子３２と、センサ３３と、検出歯車３４とが一定の位置関係を保つようにダイレクトドライブモータ１１を組付ける必要がある。例えば、図７のようにステータ３１のＵ相スロット中心、可動子３２の永久磁石のＳ極、センサ３３の中心、検出歯車３４のＺ相３５を基準として夫々が一致するように組付ける。

しかし、取付けボルト６０、６１が均等ピッチに配置されていると、作業者の取付け間違いにより、ピッチがずれて取り付けられる可能性がある。これにより、設定した電気角オフセットと、ダイレクトドライブモータ１１および位置検出器１２の位置関係とがモータ制御不能な角度となる可能性がある。

そこで、取付けボルト６０、６１を不等ピッチに配置し、所定のピッチでしか取付かない構造にすれば、どんな場合においてもダイレクトドライブモータ１１と位置検出器１２とを特定の位置関係で組付けることができる。

図７に示す例では、ステータ３１がステータハウジング３６に８つの取付けボルト６０で取り付けられているが、このうち７つの取付けボルト６０は周方向に均等ピッチ（角度Ａ）で配置されているのに対し、残る１つの取付けボルト６０は不等ピッチ（Ａ´´＜Ａ＜Ａ´）で配置されている。また、検出歯車３４は可動子３２に８つ取付けボルト６１によって固定されているが、このうち７つの取付けボルト６１は周方向に均等ピッチ（角度Ｂ）で配置されているのに対し、残る１つの取付けボルト６０は不等ピッチ（Ｂ´´＜Ｂ＜Ｂ´）で配置されている。

ステータ３１と、可動子３２と、センサ３３と、検出歯車３４とが一定の位置関係を保つようにダイレクトドライブモータ１１を組付けるための位置決め構造は、上記のような取付けボルトの配置に限定されるものではなく、種々の構造のもの、例えば互いに嵌合するキーとキー溝等の凹凸嵌合構造が用いられてもよい。
上記ダイレクトドライブモータ１１と位置検出器１２が制御不能とならない角度範囲内となるように取り付ける位置決め構造については、直動型のダイレクトドライブモータにも採用可能である。上記と同様に、モータと位置検出器を所定の位置にしか取り付けられないような手段を設けることで、作業者の取付け間違いを防ぐことができる。

１１ダイレクトドライブモータ、１２位置検出器、２１，２２比例増幅器、２３電流分配器、２４積分増幅器、２５電流制御部、２６微分器、２７直流電源、２８３相ＰＷＭインバータ、３１ステータ、３２可動子、３３センサ、３４検出歯車、３５検出歯車のＺ相、３６ステータハウジング、４０制御部、４２中央演算処理装置、４４メモリ、４６位置指令設定部、６０，６１取付けボルト。

上記目的を達成するために、本発明に係るモータの磁極位置補正方法は、比例増幅器と積分増幅器により比例積分演算してトルク指令値を出力するダイレクトドライブモータの制御装置における、前記ダイレクトドライブモータの可動子位置と、前記ダイレクトドライブモータに取り付けられた位置検出器によって検出される可動子位置検出値との相対的な位置関係を補正するモータの磁極位置補正方法であって、前記ダイレクトドライブモータにより駆動される駆動軸を機械式ブレーキにより拘束するステップと、前記駆動軸を前記機械式ブレーキで拘束した時点での前記ダイレクトドライブモータの可動子の位置検出値と異なる位置を位置指令値として入力するステップと、前記異なる位置を位置指令値として入力した後、前記ダイレクトドライブモータが一定の推力・トルクを出力した状態になれば、前記ダイレクトドライブモータのトルク指令値を検出するとともに、前記磁極位置補正値を変更しながら前記検出されたトルク指令値と所定の閾値とを比較することにより磁極位置補正値を決定するステップと、前記決定された磁極位置補正値をメモリに記憶するステップと、前記メモリに記憶した磁極位置補正値により求めた電気角オフセット値をモータ制御に用いるステップとを含むことを特徴とする。

Claims

ダイレクトドライブモータの可動子位置と、前記ダイレクトドライブモータに取り付けられた位置検出器によって検出される可動子位置検出値との相対的な位置関係を補正するモータの磁極位置補正方法であって、
前記ダイレクトドライブモータの可動子を機械式ブレーキにより拘束するステップと、
前記ダイレクトドライブモータの可動子位置を現在値と異なる位置に位置指令入力するステップと、
前記ダイレクトドライブモータのトルク指令値を検出するステップと、
前記トルク指令値と所定の閾値とを比較することにより磁極位置補正値を決定するステップと、
前記決定された磁極位置補正値をメモリに記憶するステップと、
前記メモリに記憶した磁極位置補正値により求めた電気角オフセット値をモータ制御に用いるステップと
を含むことを特徴とするモータの磁極位置補正方法。
前記磁極位置補正値を決定するステップは、トルク指令値を監視しながら磁極位置補正値を自動的に変更するステップと、トルク指令値が所定の閾値未満となる磁極位置補正値を探索するステップとを含むことを特徴とする請求項１記載のモータの磁極位置補正方法。
前記磁極位置補正値を決定するステップは、磁極位置補正値を変更するステップと、変更後と変更前のトルク指令値の差を求めるステップと、その差が負から正に逆転する磁極位置補正値を探索するステップとを含むことを特徴とする請求項１記載のモータの磁極位置補正方法。
前記トルク指令値に上限値を設定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のモータの磁極位置補正方法。
前記可動子が動かないように機械式ブレーキをかけた状態で前記ダイレクトドライブモータを位置制御し、そのときのダイレクトドライブモータのトルク指令値が予め設定された閾値を超えた場合にはダイレクトドライブモータが制御不能状態にあると判断するステップを、ダイレクトドライブモータの可動子位置を現在値と異なる位置に位置指令入力するステップの前に追加したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のモータの磁極位置補正方法。
前記ダイレクトドライブモータと前記センサとの取付け角度が最適な磁極位置補正値を中心とする±９０度の電気角の範囲となるように前記ダイレクトドライブモータおよび前記センサが位置決めされて取り付けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のモータの磁極位置補正方法。