JP2675225B2 - ブラシレスモータ制御用エンコーダ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、制御装置から離れた位
置に設けられたブラシレスモータに対して取付けられて
制御装置にエンコーダ信号とモータ励磁用信号を出力す
るブラシレスモータ制御用エンコーダ装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】数値制御工作機械や産業ロボットの制御
では、被制御可動部の駆動源として用いられるブラシレ
スモータを離れた位置に配置した制御装置により制御す
る制御システムが用いられている。この制御システムで
は、各ブラシレスモータの回転子の現在位置を正確に知
るためとモータを適切に励磁するために、Ａ相及びＢ相
のインクリメンタル信号と、Ｃ相の原点信号と、Ｕ，
Ｖ，Ｗ相に応じたモータ励磁用信号とを出力するインク
リメンタルエンコーダが用いられている。従来のブラシ
レスモータ制御用エンコーダ装置では、図７に示すよう
に、インクリメンタルエンコーダ１から出力されるＡ相
及びＢ相のインクリメンタル信号とＣ相の原点信号とに
対して第１の差動型ラインドライバ２を設け、またＵ，
Ｖ，Ｗ相に応じたモータ励磁用信号に対して第２の差動
型ラインドライバ３を設け、これら第１及び第２のライ
ンドライバ２及び３に対して６本のツイストペア線（伝
送線路）４…を内蔵した伝送ケーブル５を用いていた。

【０００３】図示しない制御装置は、起動時にはＵ，
Ｖ，Ｗ相用のモータ励磁用信号に基づいて電圧値が一定
の励磁電圧をブラシレスモータの励磁巻線に印加する。
モータ励磁用信号は各相の極性は示しているものの波高
値が一定であるため、この信号だけでは正弦波に近似し
た励磁電圧を励磁巻線に印加することができない。そこ
で従来は、モータが起動した後で、Ｃ相の原点信号の立
ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジの位置における
Ｕ，Ｖ，Ｗ相用の各モータ励磁用信号が示す極性とＡ相
及びＢ相のインクリメンタル信号とを用いて、正弦波に
近似した励磁電圧を励磁巻線に印加できるモータ励磁用
信号を作り、以後この信号に基づいて励磁巻線の励磁を
行っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら数値制御
工作機械や産業用ロボット等のように多軸の制御を行う
場合等には、ブラシレスモータ制御用エンコーダ装置が
多数用いられることになり、ツイストペア線を内蔵した
伝送ケーブル５の数も増えることになる。ツイストペア
線（伝送線路）４…の内蔵本数が多いほど、伝送ケーブ
ル５の太さは太くなるため、ブラシレスモータ制御用エ
ンコーダ装置が多数用いられる場合には、伝送ケーブル
だけでもかなりのスペースが必要になる問題が発生する
上、伝送線路の数が多いほど接続箇所が増えて、誤配線
が発生する確率が高くなる問題が生じる。

【０００５】本発明の目的は、伝送線路の数を半減させ
た場合でも、速やかにブラシレスモータの励磁動作を適
正化することを可能にするブラシレスモータ制御用エン
コーダ装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、制御装置から
離れた位置にあるブラシレスモータによって駆動されて
インクリメンタル信号を含むエンコーダ信号とモータ励
磁用信号とを出力するインクリメンタルエンコーダを有
し、伝送線路を介して前記制御装置に前記エンコーダ信
号及びモータ励磁用信号を出力するブラシレスモータ制
御用エンコーダ装置を対象とする。

【０００７】請求項１の発明では、信号切換回路と切換
制御回路とを用いる。信号切換回路は、切換信号に応じ
てエンコーダ信号及びモータ励磁用信号の一方を共通の
伝送線路を介して制御装置に出力するように切り換え
る。切換制御回路は、ブラシレスモータの回転に先立っ
てインクリメンタルエンコーダの電源が投入されたとき
に所定時間だけモータ励磁用信号を共通の伝送線路に出
力させ、その後はエンコーダ信号を前記共通の伝送線路
に出力させるように信号切換回路に切換信号を出力す
る。

【０００８】そして本発明では、信号切換回路と切換制
御回路に加えて、更に同期信号供給回路を用いる。同期
信号供給回路は、一相分のモータ励磁用信号の立ち上が
りエッジまたは立ち下がりエッジと同期し且つＣ相の原
点信号と区別できる同期信号を発生して該同期信号をＣ
相の原点信号と一緒に伝送する。

【０００９】請求項２の発明では、同期信号供給回路
が、同期信号の立ち上りエッジと立ち下がりエッジが発
生するときのＢ相のインクリメンタル信号の信号レベル
の関係と、Ｃ相の原点信号の立ち上がりエッジと立ち下
がりエッジが発生するときのＢ相のインクリメンタル信
号の信号レベルの関係とが一致しないように同期信号を
発生させる。

【００１０】請求項３の発明では、同期信号供給回路を
回転方向検知回路と、同期信号発生回路とミキサ回路と
から構成する。回転方向検知回路は、Ａ相とＢ相のイン
クリメンタル信号からモータの回転方向を検知して、モ
ータが一方の方向に回転しているときにはＡ相のインク
リメンタル信号を判定信号として出力し、モータが他方
の方向に回転しているときにはＡ相のインクリメンタル
信号の反転信号を判定信号として出力する。同期信号発
生回路は、一相分のモータ励磁用信号の立ち上りエッジ
と判定信号の立ち上がりエッジとに同期して同期信号を
発生する。そしてミキサ回路が、同期信号とＣ相の原点
信号とを同じ信号列にする。

【００１１】

【作用】本発明では、切換制御回路からの切換信号に応
じて信号切換回路を切換動作させることにより、エンコ
ーダ信号及びモータ励磁用信号を共通の伝送線路を介し
て制御装置に出力することができる。したがって伝送線
路の数を従来の半分に減ずることができる。

【００１２】前述の通り、通常、制御装置はモータが起
動された後、Ａ相及びＢ相のインクリメンタル信号とＣ
相の原点信号とに基づいて、正弦波に近似した励磁電圧
を励磁巻線に印加できるモータ励磁用信号を作ってい
る。しかしながらＣ相の原点信号はモータの回転子が１
回転する毎に１回出力されるものである。そのため起動
開始時の回転子の位置の相違によって、モータが起動し
た後にＣ相の原点信号が発生する迄の時間にはバラツキ
が発生する。言い替えると、モータを起動してから正規
の励磁電圧（正弦波に近似した励磁電圧）の印加開始迄
の時間にバラツキが発生する。制御の精度を高めるため
には、この時間のバラツキをできる限り少なくする必要
がある。そこで請求項２の発明では、同期信号供給回路
を設けて、モータの回転子が１回転する毎に１個出力さ
れるＣ相の原点信号の外に、モータ励磁用信号の立ち上
がりエッジまたは立ち下がりエッジと同期し且つＣ相の
原点信号と区別できる同期信号をＣ相の原点信号と一緒
に伝送するようにした。制御装置側で、同期信号の立ち
上がりエッジまたは立ち下がりエッジの発生時点におけ
る各励磁巻線に印加する励磁電圧の極性を予め記憶して
いれば、この同期信号を用いても従来と同様に正弦波に
近似した励磁電圧を励磁巻線に印加できるモータ励磁用
信号を作ることが可能である。その結果、本発明のエン
コーダ装置を用いれば、モータを起動してから正規の励
磁電圧の印加を開始する迄の時間のバラツキを少なくで
きる。

【００１３】請求項２の発明のように、同期信号の立ち
上りエッジと立ち下がりエッジが発生するときのＢ相の
インクリメンタル信号の信号レベルの関係と、Ｃ相の原
点信号の立ち上がりエッジと立ち下がりエッジが発生す
るときのＢ相のインクリメンタル信号の信号レベルの関
係とが一致しないようにすれば、同期信号をＣ相の原点
信号と同じ信号列に入れた場合でも、制御装置側では同
期信号とＣ相の原点信号とを明確に区別できる。

【００１４】Ｃ相の原点信号の立ち上がりエッジと立ち
下がりエッジが発生するときのＢ相のインクリメンタル
信号の信号レベル関係は、両エッジにおいてＢ相のイン
クリメンタル信号の信号レベルが同じレベルになる関係
である。同期信号の立ち上りエッジと立ち下がりエッジ
が発生するときのＢ相のインクリメンタル信号の信号レ
ベルの関係を、前記の関係と異ならせるためには、同期
信号をＡ相のインクリメンタル信号の立ち上がりまたは
立ち下がりエッジと同期させればよいことになる。

【００１５】請求項３の発明によれば、同期信号発生回
路がモータ励磁用信号の立ち上りエッジとＡ相のインク
リメンタル信号またはこの反転信号の立ち上がりエッジ
とに同期して同期信号を発生するため、簡単にＣ相の原
点信号と区別できる同期信号を発生することができる。

【００１６】

【実施例】以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に
説明する。図１は本発明の発明のブラシレスモータ制御
用エンコーダ装置を用いた制御システムの概略構成を示
している。同図において、１１は、ブラシレスモータ１
２の回転子の現在位置を正確に知るためとモータを適切
に励磁するために、Ａ相及びＢ相のインクリメンタル信
号と、Ｃ相の原点信号と、Ｕ，Ｖ，Ｗ相に応じたモータ
励磁用信号とを出力する磁気式または光学式のインクリ
メンタルエンコーダである。インクリメンタルエンコー
ダ１１からのエンコーダ信号ＳＡ〜ＳＣ及びモータ励磁
用信号ＳＵ〜ＳＷは、一般にデータセレクタと呼ばれる
信号切換回路１３の入力端子Ａ１〜Ａ３及びＢ１〜Ｂ３
に入力されている。信号切換回路１３は、一般にシーケ
ンサ部と呼ばれる切換制御回路１４からの切換信号Ｓａ
及びＳｂを入力する切換信号入力端子Ｓ１及びＳ２と、
切換信号Ｓａ及びＳｂに応じてエンコーダ信号ＳＡ〜Ｓ
Ｃ及びモータ励磁用信号ＳＵ〜ＳＷの一方を共通の信号
線路Ｌａ〜Ｌｃに出力する出力端子Ｃ１〜Ｃ３を備えて
いる。図２に示すように、切換制御回路１４は電源が投
入されてから期間Ｔ１の間は、信号切換回路１３にモー
タ励磁用信号ＳＵ〜ＳＷを選択させて信号線路Ｌａ〜Ｌ
ｃに出力させる切換信号（ＳａがLOW でＳｂがLOW ）を
出力し、その後の期間Ｔ２の間は、信号切換回路１３に
モータ励磁用信号ＳＵ〜ＳＷに代えてエンコーダ信号Ｓ
Ａ〜ＳＣを選択して信号線路Ｌａ〜Ｌｃに出力させるた
めの切換動作を行なわせる切換信号（ＳａがHIGHでＳｂ
がHIGH）を出力し、その後の期間Ｔ３の間は、信号切換
回路１３にエンコーダ信号ＳＡ〜ＳＣを選択させて信号
線路Ｌａ〜Ｌｃに出力させる切換信号（ＳａがLOW でＳ
ｂがHIGH）を出力する。なおこの信号切換回路１３及び
切換制御回路１４は、例えば、通常「７４ＨＣ１５７」
の名称で呼ばれているＣＭＯＳロジックＩＣにより構成
できる。

【００１７】信号切換回路１３の出力端子Ｃ１〜Ｃ３か
ら出力された信号は、ラインドライバ１５に入力され
る。ラインドライバ１５は入力された信号とその反転信
号を３本のツイストペア線１６…を介して離れた位置に
ある制御装置１７に出力する。なおこのラインドライバ
１５としては、通常「２６ＬＳ３１」の名称で呼ばれて
いるＣＭＯＳロジックＩＣを用いることができる。そし
て３本のツイストペア線１６…が、エンコーダ信号ＳＡ
〜ＳＣ及びモータ励磁用信号ＳＵ〜ＳＷを伝送する共通
の伝送線路を構成している。

【００１８】制御装置１７は、起動時にはＵ，Ｖ，Ｗ相
用のモータ励磁用信号ＳＵ〜ＳＷに基づいて電圧値が一
定の励磁電圧をブラシレスモータ１２の励磁巻線に印加
するように励磁回路１８を制御する。モータ励磁用信号
ＳＵ〜ＳＷは各相の極性は示しているものの波高値が一
定であるため、この信号だけでは正弦波に近似した励磁
電圧を励磁巻線に印加することができない。そこで制御
装置は、モータが起動した後で、Ｃ相の原点信号の立ち
上がりエッジまたは立ち下がりエッジの位置における
Ｕ，Ｖ，Ｗ相用の各モータ励磁用信号が示す極性とＡ相
及びＢ相のインクリメンタル信号とを用いて、正弦波に
近似した励磁電圧を励磁巻線に印加できるモータ励磁用
信号を作り、以後この信号に基づいて励磁回路１８を制
御する。

【００１９】この例によれば、切換制御回路１４からの
切換信号に応じて信号切換回路１３を切換動作させるこ
とにより、エンコーダ信号及びモータ励磁用信号を共通
の伝送線路１６…を介して制御装置１７に出力すること
ができるので、伝送線路の数を従来の半分に減ずること
ができる。

【００２０】上記例の装置では、モータ励磁用信号ＳＵ
〜ＳＷからエンコーダ信号ＳＡ〜ＳＣに切り換わった後
は、Ｃ相の原点信号ＰＣの立ち上がりエッジまたは立ち
下がりエッジが入力されるまでは、正弦波に近似した励
磁電圧（正規の励磁電圧）を励磁巻線に印加することが
できない。そのため正規の励磁電圧の印加開始時期を速
めるために、図３の実施例では同期信号供給回路１９を
設けて、Ｃ相の原点信号ＰＣと同じ信号列にモータ励磁
用信号の立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジと同
期した同期信号ＰＳを供給し、同期信号ＰＳの立ち上が
りエッジまたは立ち下がりエッジによっても正規の励磁
電圧の印加を開始できるようにしている。但し、Ｃ相の
原点信号ＰＣと同期信号ＰＳとが区別できなくなると、
原点を知ることができなくなるため、同期信号ＰＳはＣ
相の原点信号と区別できるようにしている。図４に示す
ように、Ｃ相の原点信号ＰＣの立ち上がりエッジと立ち
下がりエッジが発生するときのＢ相のインクリメンタル
信号の信号レベル（共にHIGHレベル）の関係と、同期信
号ＰＳの立ち上りエッジと立ち下がりエッジが発生する
ときのＢ相のインクリメンタル信号の信号レベル（共に
LOW レベル）との関係が同じにならないようにすれば、
原点信号ＰＣと同期信号ＰＳとを簡単且つ確実に区別す
ることができる。

【００２１】図５は、同期信号供給回路１９の一例の具
体的な回路構成を示している。この同期信号供給回路１
９は、回転方向検知回路２０と、同期信号発生回路２６
とミキサ回路３０とから構成される。以下図６に示した
信号波形を参照しながらこれらの回路について説明す
る。図６に示した信号波形は、モータが正方向に回転
（シャフトから見て反時計方向に回転）しており、Ｕ相
のモータ励磁用信号ＳＵから同期信号ＰＳを作る場合の
各部の波形である。回転方向検知回路２０は、Ａ相とＢ
相のインクリメンタル信号ＳＡ及びＳＢからモータの回
転方向を検知して、モータが正方向に回転しているとき
にはＡ相のインクリメンタル信号ＳＡの反転信号＃ＳＡ
を判定信号Ｓ25として出力し、モータが逆方向（シャフ
トから見て時計方向に回転）に回転しているときにはＡ
相のインクリメンタル信号ＳＡを判定信号Ｓ25として出
力する。具体的には、回転方向検知回路２０はインバー
タ２１と、Ｄフリップフロップ２２と、ゲート回路２３
及び２４と、オア回路２５とから構成される。Ｄフリッ
プフロップ２２は、信号ＳＢの状態を信号ＳＡの立ち上
がりで出力するため、モータが正方向に回転している場
合には、図６に示すような信号Ｓ22及びＳ22´としてハ
イ状態（Ｈ）とロウ状態（Ｌ）の信号を出力する。なお
モータが逆方向に回転している場合には、出力が反転し
て、信号Ｓ22及びＳ22´の波形はロウ状態（Ｌ）とハイ
状態（Ｈ）となる。インバータ２１は、信号ＳＡを反転
した信号Ｓ21を出力し、ゲート回路２３は一方の入力信
号Ｓ22がハイ状態であるため、インバータ２１からの信
号Ｓ21をそのまま信号Ｓ23として出力する。またゲート
回路２４は、一方の入力信号Ｓ22´がロウ状態であるた
め、ロウ状態の信号Ｓ24を出力する。そしてオア回路２
５は、ロウ状態の信号Ｓ24とインクリメンタル信号ＳＡ
の反転信号＃ＳＡと同じ信号Ｓ23とを入力とし、インク
リメンタル信号ＳＡの反転信号＃ＳＡを判定信号Ｓ25と
して出力する。

【００２２】同期信号発生回路２６は、２つのＤフリッ
プフロップ２７及び２８とアンド回路２９とから構成さ
れて、Ｕ相分のモータ励磁用信号ＳＵの立ち上りエッジ
と判定信号Ｓ25すなわちインクリメンタル信号ＳＡの反
転信号＃ＳＡの立ち上がりエッジとに同期した同期信号
を発生する。Ｄフリップフロップ２７は、Ｕ相分のモー
タ励磁用信号ＳＵの状態を判定信号Ｓ25の立ち上がりで
トリガして信号Ｓ27を所定期間出力する。またＤフリッ
プフロップ２８は、信号Ｓ27の状態を判定信号Ｓ25の立
ち上がりでトリガして反転した信号Ｓ28を出力する。そ
してアンド回路２９で信号Ｓ27と信号Ｓ28のアンドを取
ることにより、同期信号ＰＳを発生させる。本実施例に
おいて、モータ励磁用信号ＳＵの立ち上りエッジと判定
信号の立ち上がりエッジとに同期した同期信号を発生さ
せる場合に、判定信号の立ち上がりエッジでトリガして
いるため、同期信号ＰＳはモータ励磁用信号ＳＵの立ち
上りエッジより判定信号Ｓ25（インクリメンタル信号Ｓ
Ａの反転信号＃ＳＡ）の１パルス周期分遅れて発生す
る。しかしながらこの程度の遅れは、製造上の誤差許容
範囲に入るものであり、制御装置が正弦波状のモータ励
磁用信号を作る場合に大きな問題を生じさせるものでは
ない。

【００２３】ミキサ回路３０は、オア回路３１から構成
されて、同期信号ＰＳとＣ相の原点信号ＰＣとを同じ信
号列Ｓ30にして出力する。なおモータが逆方向に回転し
た場合には、各信号の位相は上記とは異なるが、判定信
号Ｓ25がインクリメンタル信号ＳＡとなり、インクリメ
ンタル信号ＳＡの立ち上がりエッジでモータ励磁用信号
ＳＵの立ち上りエッジをトリガして同期信号を発生させ
る。制御装置は、予め同期信号ＰＳの立ち上がりエッジ
の発生位置における各モータ励磁用信号ＳＵ，ＳＶ及び
ＳＷの各極性の関係を記憶していればよい。

【００２４】上記実施例では、モータ励磁用信号の立ち
上がりエッジと判定信号Ｓ25の立ち上り信号の両方の信
号に同期信号を同期させているが、Ｃ相の原点信号と区
別できる同期信号を発生させることができれば、モータ
励磁用信号の立ち上がりエッジのみに同期させて同期信
号を発生させてもよいのは勿論である。またモータ励磁
用信号の立ち下がりエッジに同期させて同期信号を発生
させてもよいのは勿論である。更に上記実施例では、Ｕ
相分のモータ励磁用信号を同期信号の発生のために利用
しているが、Ｃ相の原点信号と区別できる同期信号を発
生させることができれば、他の相のモータ励磁用信号を
利用することができるのも勿論である。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、切換制御回路からの切
換信号に応じて信号切換回路を切換動作させることによ
り、エンコーダ信号及びモータ励磁用信号を共通の伝送
線路を介して制御装置に出力することができ、伝送線路
の数を従来の半分に減ずることができる。特に本発明に
よれば、モータを起動してから正規の励磁電圧の印加を
開始する迄の時間のバラツキを少なくできる利点があ
る。

【００２６】請求項２の発明によれば、同期信号をＣ相
の原点信号と同じ信号列に入れた場合でも、制御装置側
では同期信号とＣ相の原点信号とを明確に区別できる。

【００２７】請求項３の発明によれば、同期信号発生回
路がモータ励磁用信号の立ち上りエッジとＡ相のインク
リメンタル信号またはこの反転信号の立ち上がりエッジ
とに同期して同期信号を発生するため、簡単にＣ相の原
点信号と区別できる同期信号を発生させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のエンコーダ装置の制御システムの概略
図である。

【図２】図１に示したエンコーダ装置の動作を説明する
ための波形図である。

【図３】本発明の実施例の構成の概略図である。

【図４】Ｃ相の原点信号と区別できる同期信号の例を示
す波形図である。

【図５】同期信号供給回路の一例の回路構成を示す回路
図である。

【図６】図５の回路の動作を説明するための波形図であ
る。

【図７】従来のエンコーダ装置の構成を示す図である。

【符号の説明】

１，１１…インクリメンタルエンコーダ、２，３…デー
タセレクタ、４，１６…ツイストペア線、５…ケーブ
ル、１２…ブラシレスモータ、１３…信号切換回路、１
４…切換制御回路、１５…ラインドライバ、１７…制御
装置、１８…励磁回路、１９…同期信号供給回路、２０
…回転方向検知回路、２６…同期信号発生回路、３０…
ミキサ回路。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 制御装置から離れた位置にあるブラシレ
   スモータによって駆動されてＡ相及びＢ相のインクリメ
   ンタル信号及びＣ相の原点信号からなるエンコーダ信号
   と多相分のモータ励磁用信号とを出力するインクリメン
   タルエンコーダを備え、伝送線路を介して前記制御装置
   に前記エンコーダ信号及びモータ励磁用信号を出力する
   ブラシレスモータ制御用エンコーダ装置であって、 切換信号に応じて前記エンコーダ信号及びモータ励磁用
   信号の一方を共通の伝送線路を介して前記制御装置に出
   力するように切り換えられる信号切換回路と、 前記ブラ
   シレスモータの回転に先立って前記インクリメンタルエ
   ンコーダの電源が投入されたときに所定時間だけ前記モ
   ータ励磁用信号を前記共通の伝送線路に出力させ、その
   後は前記エンコーダ信号を前記共通の伝送線路に出力さ
   せるように前記信号切換回路に前記切換信号を出力する
   切換制御回路と、 一相分の前記モータ励磁用信号の立ち上がりエッジまた
   は立ち下がりエッジと同期し且つ前記Ｃ相の原点信号と
   区別できる同期信号を発生して該同期信号を前記Ｃ相の
   原点信号と一緒に伝送する同期信号供給回路とを具備す
   ることを特徴とするブラシレスモータ制御用エンコーダ
   装置。
2. 【請求項２】 前記同期信号供給回路は、前記同期信号
   の立ち上りエッジと立ち下がりエッジが発生するときの
   Ｂ相のインクリメンタル信号の信号レベルの関係と、前
   記Ｃ相の原点信号の立ち上がりエッジと立ち下がりエッ
   ジが発生するときのＢ相のインクリメンタル信号の信号
   レベルの関係とが一致しないように前記同期信号を発生
   させる請求項１に記載のブラシレスモータ制御用エンコ
   ーダ装置。
3. 【請求項３】 前記同期信号供給回路は、 前記Ａ相とＢ相のインクリメンタル信号からモータの回
   転方向を検知して、モータが一方の方向に回転している
   ときにはＡ相のインクリメンタル信号を判定信号として
   出力し、モータが他方の方向に回転しているときには前
   記Ａ相のインクリメンタル信号の反転信号を判定信号と
   して出力する回転方向検知回路と、 一相分の前記モータ励磁用信号の立ち上りエッジと前記
   判定信号の立ち上がりエッジとに同期して前記同期信号
   を発生する同期信号発生回路と、 前記同期信号と前記Ｃ相の原点信号とを同じ信号列にす
   るミキサ回路とから構成されることを特徴とする請求項
   １に記載のブラシレスモータ制御用エンコーダ装置。