JP2018196256A - モータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】検出器信号の周波数の高低に関係なく高い検出分解能を得ることができるモータ駆動装置を提供すること。【解決手段】モータを駆動するモータ駆動装置１であって、モータ３の位置及び速度を含む情報を信号として出力する検出器４から信号を受けて、設定された増幅率で信号を増幅する増幅回路１０と、信号の周波数を検出する周波数検出部６と、周波数検出部６で検出された周波数に応じて、増幅回路１０の増幅率の設定を変更する増幅率設定部７と、を備えるモータ駆動装置１である。【選択図】図１

Description

本発明は、モータを駆動するモータ駆動装置に関する。

従来、モータ駆動装置では、モータに取り付けた検出器（エンコーダ）からの信号を受けて、モータの位置や速度等を算出し、モータを制御している。検出器からの信号がＡ／Ｂ相と呼ばれるアナログの正弦・余弦波ペアの場合、モータ駆動装置では、一般的に、ローパスフィルタで高周波ノイズをカット→適切な振幅へ増幅→Ａ／Ｄ変換してデジタル値を得る→モータの角度に換算して、位置や速度等を算出、といった処理がなされる（例えば、特許文献１参照）。

高周波ノイズが検出分解能に大きく影響しない環境下では、増幅率を大きくすればするほど検出分解能の向上が期待できる。一方、Ａ／Ｄ変換回路の入力レンジを超えて増幅すると、正確な正弦波が再現できなくなり、検出精度は悪化する。そこで従来は、Ａ／Ｂ相信号の周波数が低い場合にも入力レンジを超えないように増幅率を設定していた。

特開２００２−１９９７６８号公報

しかしながら、Ａ／Ｂ相信号は、周波数が高くなるとローパスフィルタにより振幅が減衰し、検出分解能が低下する問題があった。

本発明は、検出器信号の周波数の高低に関係なく高い検出分解能を得ることができるモータ駆動装置を提供することを目的とする。

本発明に係るモータ駆動装置（例えば、後述のモータ駆動装置１，２１）は、モータ（例えば、後述のモータ３）の位置及び速度を含む情報を信号として出力する検出器（例えば、後述の検出器４）から前記信号を受けて、設定された増幅率で前記信号を増幅する増幅回路（例えば、後述の増幅回路１０）と、前記信号の周波数を検出する周波数検出部（例えば、後述の周波数検出部６，２６）と、前記周波数検出部で検出された前記周波数に応じて、前記増幅回路の増幅率の設定を変更する増幅率設定部（例えば、後述の増幅率設定部７）と、を備える。

前記信号は、正弦波相当の信号であってもよい。

前記検出器から前記信号を受けて、前記周波数を測定する周波数測定回路（例えば、後述の周波数測定回路１３）をさらに備え、前記周波数検出部（例えば、後述の周波数検出部６）は、前記周波数測定回路の測定結果を用いて前記周波数を直接検出してもよい。

前記周波数検出部（例えば、後述の周波数検出部２６）は、前記モータの１回転あたりに前記検出器が出力する前記正弦波相当の信号の数と、数値制御装置から前記モータ駆動装置へのモータ回転数指令値と、を用いて計算することで前記周波数を検出してもよい。

前記増幅率設定部は、前記モータの停止時に前記増幅率の設定を変更してもよい。

前記増幅率設定部は、前記周波数と前記増幅率との対応テーブル（例えば、後述の対応テーブル７ａ）を有し、前記対応テーブルに応じて前記増幅率を設定してもよい。

前記増幅率は、前記周波数が低いほど低く、前記周波数が高いほど高い値であってもよい。

前記増幅率設定部が設定した前記増幅率を表示する表示部（例えば、後述の表示器８）をさらに備えていてもよい。

本発明によれば、検出器信号の周波数の高低に関係なく高い検出分解能を得ることができる。

第１実施形態に係るモータ駆動装置の構成を示すブロック図である。 信号の波形を示すテーブルを模擬した図である。 第２実施形態に係るモータ駆動装置の構成を示すブロック図である。

以下、本発明の第１実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、第２実施形態の説明において、第１実施形態と共通する構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係るモータ駆動装置１の構成を示すブロック図である。図２は、信号の波形を示すテーブルを模擬した図である。

図１に示すように、第１実施形態に係るモータ駆動装置１は、数値制御装置（ＣＮＣ）２の指令に基づいて、工作機械における主軸用のモータ３を駆動する。具体的に、モータ駆動装置１は、検出器（エンコーダ）４が検出したモータ３の位置及び速度を含む情報を信号としてフィードバックしながら、モータ３を駆動する。なお、モータ３は、工作機械の送り軸や主軸、あるいは産業機械、産業用ロボットのアーム等に用いられる各種モータに適用可能である。

モータ駆動装置１は、モータ制御部５と、周波数検出部６と、増幅率設定部７と、表示器８と、フィルタ９と、増幅回路１０と、Ａ／Ｄ変換部１１と、インバータ１２と、周波数測定回路１３と、を備える。

モータ制御部５は、数値制御装置２から入力される指令信号、Ａ／Ｄ変換部１１から出力されて帰還入力されるデジタル信号、及びインバータ１２から出力されて帰還入力される交流電流に基づいて、インバータ１２に後述するトランジスタのオンオフ動作の指令を与える。

周波数検出部６は、周波数測定回路１３から入力される周波数測定結果を用いて、検出器４が出力する信号の周波数を直接検出する。そして、周波数検出部６は、検出した周波数の情報を信号にして出力し、増幅率設定部７に出力する。

増幅率設定部７は、検出器４が出力するアナログ信号の周波数と、増幅回路１０の増幅率と、の対応テーブル７ａを有している。この増幅率設定部７は、対応テーブル７ａを参照することで、周波数検出部６で検出された周波数に応じて、増幅回路１０の増幅率の設定を変更すると共に、設定した増幅回路１０の増幅率を信号として出力し、表示器８に入力する。具体的に、増幅率設定部７は、周波数検出部６から入力される信号に基づいて、周波数検出部６で検出された周波数に対応する増幅回路１０の増幅率を、対応テーブル７ａから抽出する。そして、増幅率設定部７は、増幅回路１０の増幅率の設定を、対応テーブル７ａから抽出した増幅回路１０の増幅率に変更する。

増幅率設定部７が設定する増幅率は、周波数が低いほど低く、周波数が高いほど高い値である。一般に、周波数が高くなるとローパスフィルタ（フィルタ９）により振幅が減衰し、検出分解能が低下する。これについては、図２に示すように検出器出力波形の振幅が同等であっても、ローパスフィルタ（フィルタ９）通過後の信号波形は周波数が高いほど大きく減衰するところ、本実施形態によれば、周波数が高い場合であっても増幅率を高くするため、Ａ／Ｄ変換部入力波形の振幅が最適に保たれる。

図１に戻って説明する。表示器８は、増幅率設定部７から入力される信号に基づいて、増幅回路１０の増幅率を表示する。

フィルタ９は、ローパスフィルタであり、検出器４が出力する信号のノイズを除去する。

増幅回路１０は、検出器４が出力し、フィルタ９でノイズが除去されたアナログ信号を受けて、増幅率設定部７で設定された増幅率で、当該アナログ信号を増幅する。そして、増幅回路１０は、増幅したアナログ信号を出力し、Ａ／Ｄ変換部１１に入力する。

Ａ／Ｄ変換部１１は、増幅回路１０から入力されるアナログ信号をデジタル信号に変換してから出力し、モータ制御部５に帰還入力する。
ここで、本実施形態では、アナログ信号として正弦波相当の信号が好ましく用いられる。

インバータ１２は、例えば、複数のトランジスタと、それらに逆並列に接続された還流ダイオードによって構成され、モータ制御部５からの指令に基づいてトランジスタのオンオフ動作を行うことによって、モータ３に交流電流を流す。さらに、モータ３に流す交流電流をモータ制御部５に帰還入力する。

このようなモータ駆動装置１によって、モータ３は、インバータ１２から入力された交流電流によって駆動される。そしてモータ３が駆動されることによって、検出器４は、モータ３の位置及び速度を含む情報を信号として出力し、フィルタ９を介して増幅回路１０に入力する。

周波数測定回路１３は、検出器４が出力し、フィルタ９でノイズが除去されたアナログ信号を受けて、周波数を測定する。そして、周波数測定回路１３は、測定した周波数を信号にして出力し、周波数検出部６に入力する。

以上のように、本実施形態によれば、モータ駆動装置１は、周波数検出部６で検出された周波数に応じて、増幅回路１０の増幅率の設定を変更する。したがって、モータ駆動装置１は、周波数が高い場合であっても、増幅回路１０の増幅率を上げることで、Ａ／Ｄ変換部１１への入力信号の波形の振幅を減衰させずに最適に保つことができるので、周波数の高低に関係なく高い検出分解能を得ることができる。

［第２実施形態］
図３は、本発明の第２実施形態に係るモータ駆動装置２１の構成を示すブロック図である。

本実施形態に係るモータ駆動装置２１は、周波数を直接検出することなく計算する点で第１実施形態に係るモータ駆動装置１と相違する。

図３に示すように、第２実施形態に係るモータ駆動装置２１は、第１実施形態に係るモータ駆動装置１のような周波数測定回路１３を備えていない。また、モータ駆動装置２１は、モータ制御部５に代えてモータ制御部２５を備えると共に、周波数検出部６に代えて周波数検出部２６を備える。

モータ制御部２５は、モータ３の１回転あたりに検出器４が出力する正弦波相当の信号の数と、数値制御装置２からモータ駆動装置２１へのモータ回転数指令値と、を信号にして出力し、周波数検出部２６に入力する。
ここで、モータ３の１回転あたりに検出器４が出力する正弦波相当の信号の数は、例えば数値制御装置２にパラメータとして入力される検出器４のギアの歯数に一致する。即ち、モータ１回転につき、ギアの歯数と同じ数の正弦波状の信号が出力され、「ギアの歯数×モータ回転数＝Ａ／Ｂ相正弦波の周波数」である。

周波数検出部２６は、モータ３の１回転あたりに検出器４が出力する正弦波相当の信号の数と、数値制御装置２からモータ駆動装置２１へのモータ回転数指令値と、を用いて、検出器４が出力するであろう信号の周波数を計算（推定）する。そして、周波数検出部２６は、計算した周波数の情報を信号にして出力し、増幅率設定部７に入力する。

増幅率設定部７は、モータ３の停止時に増幅率の設定を変更する。ただしこれに限定されず、増幅率設定部７は、モータ３の停止時のみならず、例えばモータ３の停止前に予め計算し、前もって増幅率を設定することも可能である。

本実施形態に係るモータ駆動装置２１によれば、上述の第１実施形態に係るモータ駆動装置１の効果に加えて、次のような効果が奏される。即ち、本実施形態に係るモータ駆動装置２１によれば、周波数測定回路が不要であるため、モータ３を回転しなくても信号周波数を計算（推定）できる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に限るものではない。また、本実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本実施形態に記載されたものに限定されるものではない。
例えば上記実施形態では、表示器を備える構成としたが、表示器は必須ではなく、表示器を有さない構成としてもよい。

１，２１ モータ駆動装置
２ 数値制御装置
３ モータ
４ 検出器
５，２５ モータ制御部
６，２６ 周波数検出部
７ 増幅率設定部
７ａ 対応テーブル
８ 表示器（表示部）
９ フィルタ
１０ 増幅回路
１１ Ａ／Ｄ変換部
１２ インバータ
１３ 周波数測定回路

Claims (8)

1. モータを駆動するモータ駆動装置であって、
   前記モータの位置及び速度を含む情報を信号として出力する検出器から前記信号を受けて、設定された増幅率で前記信号を増幅する増幅回路と、
   前記信号の周波数を検出する周波数検出部と、
   前記周波数検出部で検出された前記周波数に応じて、前記増幅回路の増幅率の設定を変更する増幅率設定部と、を備えるモータ駆動装置。
2. 前記信号は、正弦波相当の信号である請求項１に記載のモータ駆動装置。
3. 前記検出器から前記信号を受けて、前記周波数を測定する周波数測定回路をさらに備え、
   前記周波数検出部は、前記周波数測定回路の測定結果を用いて前記周波数を直接検出する請求項１又は２に記載のモータ駆動装置。
4. 前記周波数検出部は、前記モータの１回転あたりに前記検出器が出力する前記正弦波相当の信号の数と、数値制御装置から前記モータ駆動装置へのモータ回転数指令値と、を用いて計算することで前記周波数を検出する請求項２に記載のモータ駆動装置。
5. 前記増幅率設定部は、前記モータの停止時に前記増幅率の設定を変更する請求項１、２及び４のいずれかに記載のモータ駆動装置。
6. 前記増幅率設定部は、前記周波数と前記増幅率との対応テーブルを有し、前記対応テーブルに応じて前記増幅率を設定する請求項１から５いずれかに記載のモータ駆動装置。
7. 前記増幅率は、前記周波数が低いほど低く、前記周波数が高いほど高い値である請求項１から６いずれかに記載のモータ駆動装置。
8. 前記増幅率設定部が設定した前記増幅率を表示する表示部をさらに備える請求項１から７いずれかに記載のモータ駆動装置。

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