JP3465646B2 - 電動機磁極位置とエンコーダ基準位置との角度差検出方法及び電動機制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、永久磁石式同期電動
機とインクリメンタルエンコーダとを組合せ、前記永久
磁石式同期電動機の電機子巻線に、インクリメンタルエ
ンコーダのフィードバック位置信号に基づいて前記永久
磁石式同期電動機の磁極位置に応じた電流を供給するこ
とにより、前記永久磁石式同期電動機を制御する電動機
制御機能を用いて、電動機磁極位置とエンコーダ基準位
置との角度差を検出する方法、及び電動機制御装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】永久磁石式同期電動機では、永久磁石が
設けられた回転子の磁極位置を検出器にて検出し、この
検出器の出力信号に応じた電流を電機子巻線に流すこと
により効率的な運転を行っているが、この検出器とし
て、ホール素子を使用すると、安価であるが相位置の検
出しかできず、電動機駆動方式が方形波駆動の場合にし
か使用できず、またアブソリュートエンコーダを使用す
ると、正弦波駆動の場合にも使用できるものの、アブソ
リュートエンコーダそのものが高価である。

【０００３】このため、この検出器としてインクリメン
タルエンコーダを使用するのが一般的である。ところ
が、回転子の磁極位置を検出する検出器としてインクリ
メンタルエンコーダを使用する場合、インクリメンタル
エンコーダは、電源を遮断すると、自身の位置が不明と
なるので、運転開始時において回転子の磁極位置を検出
できない。そこで、従来にあっては、インクリメンタル
エンコーダの基準位置信号（１回転に１回出力されるイ
ンクリメンタルエンコーダの原点）の位置と回転子磁極
位置（電動機の原点）とが一致する様に、回転子とイン
クリメンタルエンコーダとを組付ける必要があった。こ
れにより、運転開始時において回転子の磁極位置を検出
できなくても、運転開始時に適当な電力を電動機に供給
することにより電動機が回転し、そしてその回転に応じ
てインクリメンタルエンコーダが回転することにより、
インクリメンタルエンコーダの基準位置信号が検出され
た時点で、電動機に対する電流指令を回転子磁極位置に
応じた電流指令に変更することにより、以後効率的な運
転を行うことが出来るようにしていた。

【０００４】図４は、インクリメンタルエンコーダの基
準位置信号の位置と回転子磁極位置とが一致する様に、
回転子と磁気式インクリメンタルエンコーダを組付ける
状態を示す図、また図５は、回転子と光学式インクリメ
ンタルエンコーダを組付ける状態を示す図で、インクリ
メンタルエンコーダを回転子に取り付けるに当たって
は、外部直流電源等により回転子磁極位置を直流励磁に
より固定し、手作業によりインクリメンタルエンコーダ
の基準位置信号の位置と回転子磁極位置とが一致する様
にインクリメンタルエンコーダを組付けていた。ところ
が、この手法では、両者間の取り付け位置誤差は小さく
なるものの、直流励磁を行うための設備を必要とし、か
つ所定の位置に検出器を取り付けまたは調整をする必要
があるために作業の迅速性が損なわれる等の問題があっ
た。

【０００５】一方、インクリメンタルエンコーダの基準
位置と電動機の回転子磁極位置が互いにずれていてもそ
れを補償することができ、インクリメンタルエンコーダ
の取り付け位置の任意性を高めることで取り付け作業を
迅速化した考案（実開平３−４８３９７号公報参照）が
提案されている。本考案の技術によると、インクリメン
タルエンコーダを任意な位置に取り付けた後、回転子磁
極位置とインクリメンタルエンコーダの基準位置との角
度差を求め、この角度差をオフセット値として記憶す
る。このオフセット値を、回転子磁極位置に対する所定
の電流指令値をストアしたＲＯＭの読み出しアドレスに
対して加算することで、回転子磁極位置に応じた電流指
令値が読み出される。ところが、この手法では、前記角
度差を求める際に、電動機とドライブ回路を切り離した
上で電動機巻線間に抵抗負荷を接続し、電動機を外力で
回転させながらオシロスコープ等の測定器で観測し、前
記角度差を繰り返し調整する作業が介在する問題があっ
た。

【０００６】これに対して、インクリメンタルエンコー
ダの取り付け位置の任意性を高めつつ、前記作業を要し
ない発明（特開昭６３−１０７４８５号公報参照）が提
案されている。この発明の技術によると、回転子磁極位
置とインクリメンタルエンコーダ原点位置との角度差が
存在した上で、所定の直流励磁を行うことで安定した位
置に回転子磁極位置を固定させて、この位置を基準にし
て初期化を行い、インクリメンタルエンコーダ出力値の
変化量が回転子磁極位置となるようにする。ところが、
この手法では、制御装置または信号処理回路において電
源を遮断し、回転子磁極位置が変化した後に再度電源を
投入した場合には、再度、前記直流励磁による初期化を
実施しなくてはならないという問題があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前記従来技術において
解決すべき課題を以下に列挙する。

【０００８】第一に、手作業により所定の位置にインク
リメンタルエンコーダを取り付ける手法では、両者間の
取り付け位置誤差は小さくなるものの、直流励磁を行う
ための設備を必要とし、かつ所定の位置に検出器を取り
付けまたは調整をする必要があるために作業の迅速性が
損なわれる等の問題があった。

【０００９】第二に、インクリメンタルエンコーダを任
意な位置に取り付けた後、回転子磁極位置とインクリメ
ンタルエンコーダの基準位置との角度差を求め、この角
度差をオフセット値として記憶する手法では、前記角度
差を求める際に、電動機とドライブ回路を切り離した上
で電動機巻線間に抵抗負荷を接続し、電動機を外力で回
転させながらオシロスコープ等の測定器で観測し、前記
角度差を繰り返し調整する作業が介在する問題があっ
た。

【００１０】第三に、回転子磁極位置とインクリメンタ
ルエンコーダ原点位置との角度差が存在した上で、所定
の直流励磁を行うことで安定した位置に回転子磁極位置
を固定させて初期化を行う手法では、制御装置または信
号処理回路において電源を遮断し、回転子磁極位置が変
化した後に再度電源を投入した場合には、再度、前記直
流励磁による初期化を実施しなくてはならないという問
題があった。

【００１１】この発明は、上述の問題点を解決するため
になされたもので、インクリメンタルエンコーダの取り
付け位置の任意性を高めつつ、ドライブ回路の変更また
は調整作業等を必要とせず、さらに電源を遮断および再
投入した場合においても、再度前記角度差の補正を必要
としない電動機磁極位置とエンコーダ基準位置との角度
差検出方法及び電動機制御装置を得ることを目的として
いる。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明に係る電動機磁
極位置とエンコーダ基準位置との角度差検出方法は、永
久磁石式同期電動機とインクリメンタルエンコーダとを
組合せ、前記永久磁石式同期電動機の電機子巻線に、イ
ンクリメンタルエンコーダのフィードバック位置信号に
基づいて前記永久磁石式同期電動機の磁極位置に応じた
電流を供給することにより、前記永久磁石式同期電動機
を制御する電動機制御機能を用いて、電動機磁極位置と
エンコーダ基準位置との角度差を検出する方法におい
て、前記巻線に対する励磁位置指令を、前記インクリメ
ンタルエンコーダの基準位置信号が検出された後所定時
間経過するまで、インクリメントまたはデクリメントし
て与えるとともに、前記巻線に励磁電流を供給する段階
と、この段階の後、前記巻線に対する励磁位置指令を、
所定時間インクリメントして与えるとともに、このイン
クリメント後デクリメントして与え、且つ前記巻線に励
磁電流を供給する段階と、この段階の後、前記励磁位置
指令と、前記インクリメンタルエンコーダのフィードバ
ック位置信号との偏差を記憶する段階と、前記巻線に対
する励磁位置指令を、前記インクリメンタルエンコーダ
の基準位置信号が検出された後所定時間経過するまで、
インクリメントまたはデクリメントして与えるととも
に、前記巻線に励磁電流を供給する段階の後、前記巻線
に対する励磁位置指令を、所定時間デクリメントして与
えるとともに、このデクリメント後インクリメントして
与え、且つ前記巻線に励磁電流を供給する段階と、この
段階の後、前記励磁位置指令と、前記インクリメンタル
エンコーダのフィードバック位置信号との偏差を記憶す
る段階と、前記記憶された複数の偏差に基づいて、前記
偏差を補正する段階と、この補正された偏差を、電動機
磁極位置とエンコーダ基準位置との角度差として記憶す
るとともに電源断の状態でもその記憶を保持する段階
と、を有するものである。

【００１３】

【００１４】

【００１５】またこの発明に係る電動機磁極位置とエン
コーダ基準位置との角度差検出方法は、永久磁石式同期
電動機とインクリメンタルエンコーダとを組合せ、前記
永久磁石式同期電動機の電機子巻線に、インクリメンタ
ルエンコーダのフィードバック位置信号に基づいて前記
永久磁石式同期電動機の磁極位置に応じた電流を供給す
ることにより、前記永久磁石式同期電動機を制御する電
動機制御機能を用いて、電動機磁極位置とエンコーダ基
準位置との角度差を検出する方法において、前記永久磁
石式同期電動機の可動部を、前記インクリメンタルエン
コーダの基準位置が検出され且つこの基準位置から所定
の位置まで、予め動かしておく段階と、この段階の後、
前記巻線に対する一定値の励磁位置指令を与えるととも
に、前記巻線に励磁電流を供給する段階と、この段階の
後、前記一定値の励磁位置指令と、前記インクリメンタ
ルエンコーダのフィードバック位置信号との偏差を、電
動機磁極位置とエンコーダ基準位置との角度差として記
憶するとともに電源断の状態でもその記憶を保持する段
階と、を有するものである。

【００１６】またこの発明に係る電動機磁極位置とエン
コーダ基準位置との角度差検出方法は、永久磁石式同期
電動機とインクリメンタルエンコーダとを組合せ、前記
永久磁石式同期電動機の電機子巻線に、インクリメンタ
ルエンコーダのフィードバック位置信号に基づいて前記
永久磁石式同期電動機の磁極位置に応じた電流を供給す
ることにより、前記永久磁石式同期電動機を制御する電
動機制御機能を用いて、電動機磁極位置とエンコーダ基
準位置との角度差を検出する方法において、前記永久磁
石式同期電動機の可動部を、前記インクリメンタルエン
コーダの基準位置が検出され且つこの基準位置から所定
の位置まで、予め動かしておく段階と、この段階の後、
前記永久磁石式同期電動機の可動部を所定位置から所定
量だけ正方向に動かす、前記巻線に対する一定値の励磁
位置指令を与えるとともに、前記巻線に励磁電流を供給
する段階と、この段階の後、前記一定値の励磁位置指令
と、前記インクリメンタルエンコーダのフィードバック
位置信号との偏差を記憶する段階と、前記永久磁石式同
期電動機の可動部を所定位置から所定量だけ逆方向に動
かす、前記巻線に対する一定値の励磁位置指令を与える
とともに、前記巻線に励磁電流を供給する段階と、この
段階の後、前記一定値の励磁位置指令と、前記インクリ
メンタルエンコーダのフィードバック位置信号との偏差
を記憶する段階と、前記記憶された複数の偏差に基づい
て、前記偏差を補正する段階と、この補正された偏差
を、電動機磁極位置とエンコーダ基準位置との角度差と
して記憶するとともに電源断の状態でもその記憶を保持
する段階と、を有するものである。

【００１７】

【００１８】またこの発明に係る電動機制御装置は、永
久磁石式同期電動機とインクリメンタルエンコーダとを
組合せ、前記永久磁石式同期電動機の電機子巻線に、イ
ンクリメンタルエンコーダのフィードバック位置信号に
基づいて前記永久磁石式同期電動機の磁極位置に応じた
電流を供給することにより、前記永久磁石式同期電動機
を制御する電動機制御装置において、前記永久磁石式同
期電動機の磁極位置を固定した位置に対して、可動部を
正方向に移動させた後逆方向に移動させたときにおける
励磁位置指令と、基準位置信号が検出された後の前記イ
ンクリメンタルエンコーダのフィードバック位置信号と
の偏差を演算するとともに、可動部を逆方向に移動させ
た後正方向に移動させたときにおける励磁位置指令と、
基準位置信号が検出された後の前記インクリメンタルエ
ンコーダのフィードバック位置信号との偏差を演算する
手段と、この手段にて演算された前記偏差を夫々記憶す
るとともに、この記憶した複数の偏差に基づいて偏差を
補正する手段と、この手段にて補正された偏差を電動機
磁極位置とエンコーダ基準位置との角度差として記憶す
るとともに電源断の状態でもその記憶を保持する記憶手
段とを設けたものである。

【００１９】またこの発明に係る電動機制御装置は、永
久磁石式同期電動機とインクリメンタルエンコーダとを
組合せ、前記永久磁石式同期電動機の電機子巻線に、イ
ンクリメンタルエンコーダのフィードバック位置信号に
基づいて前記永久磁石式同期電動機の磁極位置に応じた
電流を供給することにより、前記永久磁石式同期電動機
を制御する電動機制御装置において、可動部を所定位置
から所定量だけ移動させる一定値の励磁位置指令と、基
準位置信号が検出された後の前記インクリメンタルエン
コーダのフィードバック位置信号との偏差を演算する手
段と、この手段にて補正された偏差を電動機磁極位置と
エンコーダ基準位置との角度差として記憶するとともに
電源断の状態でもその記憶を保持する記憶手段とを設け
たものである。

【００２０】またこの発明に係る電動機制御装置は、永
久磁石式同期電動機とインクリメンタルエンコーダとを
組合せ、前記永久磁石式同期電動機の電機子巻線に、イ
ンクリメンタルエンコーダのフィードバック位置信号に
基づいて前記永久磁石式同期電動機の磁極位置に応じた
電流を供給することにより、前記永久磁石式同期電動機
を制御する電動機制御装置において、可動部を所定位置
から正方向に所定量だけ移動させる一定値の励磁位置指
令と、基準位置信号が検出された後の前記インクリメン
タルエンコーダのフィードバック位置信号との偏差を演
算するとともに、可動部を所定位置から逆方向に所定量
だけ移動させる一定値の励磁位置指令と、基準位置信号
が検出された後の前記インクリメンタルエンコーダのフ
ィードバック位置信号との偏差を演算する手段と、この
手段にて演算された前記偏差を夫々記憶するとともに、
この記憶した複数の偏差に基づいて偏差を補正する手段
と、この手段にて補正された偏差を電動機磁極位置とエ
ンコーダ基準位置との角度差として記憶するとともに電
源断の状態でもその記憶を保持する記憶手段とを設けた
ものである。

【００２１】

【発明の実施の形態】実施の形態１．以下に図１及び図
２を参照しての発明の形態１を詳細に説明する。図１に
おいて１は逆突極性を有する永久磁石式同期電動機より
なるサーボモータ、２はインクリメンタルエンコーダ
で、正転・逆転方向及び一回転中の位置を検出するＡ、
Ｂ相信号、及び１回転に１回出力する基準位置信号であ
るＺ相信号を出力する。なお、この発明においては、サ
ーボモータ１とインクリメンタルエンコーダ２との組み
付けに際し、作業性を向上させるため、サーボモータ１
の回転子磁極位置とインクリメンタルエンコーダ２の基
準位置との一致を考慮して組み込み作業が行われていな
いので、サーボモータ１とインクリメンタルエンコーダ
２との組み付けが完了したとき、通常はサーボモータ１
の回転子磁極位置とインクリメンタルエンコーダ２の基
準位置とは一致しない状態となっている。

【００２２】また、３は電流検出器、４はｄｑ／３Φ座
標変換器５より出力された三相電圧指令値Ｖｕ^*、Ｖ
ｖ^*、Ｖｗ^*に基づいてサーボモータ１を制御する電力変
換器、５はｑ軸電流指令Ｉｑ^*（Ｉｑ^*＝０）、ｄ軸電流
指令Ｉｄ^*をＰＩ制御器８、９にて変換されたＶｑ^*、Ｖ
ｄ^*を、三相電圧指令値Ｖｕ^*、Ｖｖ^*、Ｖｗ^*に変換する
ｄｑ／３Φ座標変換器、６は電流検出器３で検出した相
電流ｉｕ、ｉｖをフィードバックし、Ｉｄ、Ｉｑ電流に
変換する３Φ／ｄｑ座標変換器、７はインクリメンタル
エンコーダ２からのリセット信号により１回転毎にクリ
アされるカウンタ、８、９はＰＩ制御器、１２は前記ｑ
軸電流指令Ｉｑ^*（Ｉｑ^*＝０）とＩｑ電流との偏差を演
算する偏差器、１３は前記Ｉｄ電流とｄ軸電流指令Ｉｄ
^*との偏差を演算する偏差器、θ^*は座標変換器５、６に
使用する直流励磁位置指令である。なお、図１において
電動機制御に用いるインクリメンタルエンコーダ２から
のフィードバック系は省略してある。また、上述した電
動機制御系は一般的なものである。

【００２３】また、１４は直流励磁位置指令θ^*とイン
クリメンタルエンコーダ２からのフィードバック位置信
号との偏差を出力する偏差器、１０はインクリメンタル
エンコーダの基準位置と電動機の回転子磁極位置との間
の角度差の補正を行う補正手段である角度演算器、１１
はこの角度演算器１０にて算出された前記角度差の記憶
するＥＥＲＯＭである。即ち、この発明における制御系
は、一般の電動機制御系に対して、偏差器１４、角度演
算器１０及びＥＥＲＯＭ１１を付加することで構成でき
る。

【００２４】そして、このように構成された装置のサー
ボモータ駆動動作は、一般の電動機制御系と同様であ
る。即ち、本実施の形態１における制御入力は，一般の
電動機制御系と同様に、ｑ軸電流指令Ｉｑ^*（Ｉｑ^*＝
０），ｄ軸電流指令Ｉｄ^*および直流励磁位置指令θ^*と
なる。また，直流励磁位置指令θ^*が座標変換器５、６
に使用されること、電流検出器３から検出した相電流ｉ
ｕ，ｉｖがフィードバックされ、３Φ／ｄｑ座標変換器
６を介して偏差器１２、１３でｑ軸電流指令Ｉｑ^*、ｄ
軸電流指令Ｉｄ^*と偏差が演算されること、図示しない
がインクリメンタルエンコーダ２からのフィードバック
信号がモータ制御に用いられること、直流励磁を行うた
めに、前記ｉｑ^*＝０および前記ｉｄ^*を所定の値として
入力することで、電流ＰＩ制御器８、９および座標変換
器５を介して三相電圧指令値Ｖｕ^*、Ｖｖ^*、Ｖｗ^*が算
出されること、電力変換器４により、前記三相電圧指令
値Ｖｕ^*、Ｖｖ^*、Ｖｗ^*がサーボモータ１に印加されサ
ーボモータ１が駆動されること等が、一般の電動機制御
系と同様である。

【００２５】動作上、一般の電動機制御系と異なる点
は、次の点である。即ち、座標変換器５、６に使用する
直流励磁位置指令θ^*として、サーボモータ１の回転子
磁極位置とインクリメンタルエンコーダ２の基準位置と
の間の角度差を検出するとき、推定磁極位置を直流励磁
位置として初期設定する点、直流励磁位置指令θ^*を初
期設定した後、この直流励磁位置指令θ^*をインクリメ
ントまたはデクリメントし、インクリメンタルエンコー
ダ２の基準位置信号検出によりフィードバック位置信号
θがリセットされて絶対値化された後、この直流励磁位
置指令θ^*が例えば「０」の位置になった所で直流励磁
位置を固定し、この固定位置に対し、直流励磁位置をイ
ンクリメント及びデクリメントして回転子を正転方向及
び逆転方向から固定する点、この直流励磁によりサーボ
モータ１が固定された後、インクリメンタルエンコーダ
２からのＡ，Ｂ，Ｚ相信号を用いてカウンタ７を介して
フィードバックされたフィードバック位置信号θと前記
直流励磁位置指令θ^*との偏差を偏差器１４にて演算
し、この偏差を入力することにより、角度演算器１０に
てサーボモータ１の回転子磁極位置とエンコーダ基準位
置信号との角度差Δθを補正し、ＥＥＲＯＭ１１に記憶
する点等である。

【００２６】次に主に図２を用いて、実施の形態１の詳
細動作を説明する。なお図２において角度は電気角を示
す。即ち、本実施の形態１は、サーボモータ１に取り付
けられた、基準位置信号（Ｚ相信号）を原点とするイン
クリメンタルエンコーダ２から得られる位置と前記サー
ボモータ２の回転子磁極位置の角度差を検出し、制御装
置内のＥＥＲＯＭ１１に記憶するまでの動作を自動で行
うものであるが、その過程は、図２に示すように、５段
階の動作に分けることができる。

【００２７】先ず初期設定において、サーボモータ１の
現在における回転子磁極位置θ０（推定回転子磁極位
置）を、直流励磁位置指令θ^*にセットする。これは、
後述する動作１において直流励磁を印加するときに回転
子が大きく回転または振動することを防ぐためである。
ここで、一般にインクリメンタルエンコーダ２の場合、
基準位置信号を検出するまでは実際の回転子磁極位置を
知ることができないが、例えば、特開平７−１７７７８
８号公報に開示されている発明を用いることにより、制
御装置内部で初期磁極位置は推定可能である。

【００２８】次に動作１において、まず所定の直流励磁
電流Ｉｄ０を印加する（ｑ軸電流指令Ｉｑ^*＝０とす
る）。このＩｄ０の印加はステップ状または段階的でも
良い。さらに、直流励磁位置指令θ^*を前記初期設定に
て設定したθ０からインクリメントまたはデクリメント
していく。これにより、回転子磁極位置はθ^*に追従し
て回転していく。これはインクリメンタルエンコーダ２
を絶対値化するために必要となる基準位置信号（Ｚ相信
号）の検出を行うためである。基準位置信号検出によ
り、位置フィードバック位置信号θがリセットされて絶
対値化された後、θ ^*が所定の位置となった所で直流励
磁位置を固定する。なお、本実施の形態１ではθ^*＝０
となる位置で直流励磁位置を固定する。

【００２９】次に動作２において、前記動作１で固定し
た位置から所定時間経過した後に、正転方向に角度θ１
だけインクリメントして直流励磁位置を移動させ、再
度、逆転方向に角度θ１だけデクリメントして前記で固
定された位置へと戻す。そして所定の時間ｔ１が経過し
た後にフィードバック位置信号θａを検出し、偏差器１
４を介して直流励磁位置θ^*との偏差を図１の角度演算
器１０に 記憶する。

【００３０】次に動作３において、前記動作２と同様
に、前記固定した位置から逆転方向に角度θ２（＝θ１
であっても≠θ１の何れでもよい）だけデクリメントし
て直流励磁位置を移動させ、再度、角度θ２だけインク
リメントして前記で固定された位置へと戻す。そして所
定の時間ｔ２が経過した後にフィードバック位置信号θ
ｂを検出し、偏差器１４を介して直流励磁位置θ^*との
偏差を図１の角度演算器１０に 記憶する。なお、この
ように回転子を正転および逆転方向から回転させて固定
した時のフィードバック位置信号を検出するのは、所定
の直流励磁位置に対して回転子磁極位置は、摩擦力など
の影響で完全に一致させることは困難であり、前記θａ
およびθｂを用いることにより、摩擦力などの影響を除
くためである。また、θｂを検出した後に前記直流励磁
電流Ｉｄ０は遮断してもよい。

【００３１】調整終了において、前記動作２、３で 記
憶された角度θａおよびθｂを用いて、前記角度演算器
１０にて、角度差Δθ（電動機の回転子磁極位置とイン
クリメンタルエンコーダの基準位置との間の角度差）＝
（θａ＋θｂ）／２を算出した後、即ち角度差Δθを補
正した後、この角度差Δθを、電動機の回転子磁極位置
とインクリメンタルエンコーダの基準位置との間の角度
差としてＥＥＲＯＭ１１に記憶する。

【００３２】なお、記憶された角度差Δθは、図示しな
いが、電動機駆動時に前記フィードバック位置信号θに
重畳することにより、回転子磁極位置とインクリメンタ
ルエンコーダの基準位置を一致させることに用いられ
る。また、以上の一連の動作は、前記一般の電動機制御
系を使用してサーボモータ１を制御するするだけで自動
的に実施され、インクリメンタルエンコーダ２取り付け
後に一度実施するだけでよい。これは、ＥＥＲＯＭ１１
にて記憶された角度差Δθが、電源を遮断されて再投入
した場合には読み出しが行われるために再調整は不用に
なる。なお、前記初期磁極位置が推定できる場合であっ
ても、あくまで推定であって確実性が乏しいので、前記
角度差Δθを検出・記憶させた後は、その記憶させた前
記角度差Δθ、及びエンコーダ２のフィードバック信号
に基づいて電動機を制御するのが好ましい。

【００３３】また、上記実施の形態１において、直流励
磁を印加するときに回転子が大きく回転または振動する
ことを防ぐため、制御装置内部で推定した、現在におけ
る回転子磁極位置θ０を、直流励磁位置指令θ^*にセッ
トするようにしたが、推定することなく適当な回転子磁
極位置θ０を、直流励磁位置指令θ^*にセットするよう
にしても、所期の目的は達成できる。また、上記実施の
形態１において、偏差器１４の演算を簡単にするため、
回転子磁極位置θ^*＝０となる位置で直流励磁位置を固
定するようにしたが、回転子磁極位置θ^*≠０の位置で
直流励磁位置を固定しても、所期の目的は達成できる。

【００３４】実施の形態２．次に図３を用いて実施の形
態２を説明する。なお、制御回路は図１に示すものを使
用できる。また、この実施の形態２は、前記実施の形態
１に比べて動作の簡略化を行ったもので、サーボモータ
１を手などで容易に回転できる場合に適用できる。先ず
初期設定において、前記実施の形態１と同様に、初期の
直流励磁位置θ０を設定する。なお、本実施の形態２に
おいては、直流励磁位置θ０を０°以外の所定の位置に
設定している。また、サーボモータ１を手などで予め１
回転以上回しておく。なお、サーボモータ１を１回転以
上回しておくと、基準位置信号を検出できるため、回転
フィードバック位置信号θが、基準位置（Ｚ相信号検出
位置）からの位置を示す値となる。

【００３５】次に動作１において、前記実施の形態１と
同様に所定の直流励磁電流Ｉｄ０を印加する（ｑ軸電流
指令Ｉｑ^*＝０とする）。このとき、前記初期設定にお
いて直流励磁位置θ０が実際の磁極位置とずれている場
合には、回転子は正転または逆転方向で設定した直流励
磁位置θ０へと移動する。そして所定の時間ｔ１が経過
した後にフィードバック位置信号θａを検出し、直流励
磁位置θ０との偏差、所謂、角度差Δθ（電動機の回転
子磁極位置とインクリメンタルエンコーダの基準位置と
の間の角度差）を、偏差器１４を介して図１の角度演算
器１０に記憶する。なお、所定の時間ｔ１が経過した後
にフィードバック位置信号θａを検出するのは、検出精
度を向上させるためである。即ち、本実施の形態２にお
ける角度差Δθ検出ができるのは、摩擦力などの影響が
小さい場合であり、また回転子を正転または逆転方向の
いずれかの方向に回転させた後に固定した時のフィード
バック位置信号θａを検出することになる。またフィー
ドバック位置信号θａを検出した後に前記直流励磁電流
Ｉｄ０を遮断する。調整終了において、前記動作１で角
度演算器１０に 記憶されたフィードバック位置信号θ
ａと直流励磁位置θ０との角度差Δθを、電動機の回転
子磁極位置とインクリメンタルエンコーダの基準位置と
の間の角度差としてＥＥＲＯＭ１１に記憶する。

【００３６】なお、記憶された角度差Δθは、図示しな
いが、電動機駆動時に前記フィードバック位置信号θに
重畳することにより、回転子磁極位置とインクリメンタ
ルエンコーダの基準位置を一致させることに用いられ
る。また、以上の一連の動作は、実施の形態１と同様
に、前記一般の電動機制御系を使用してサーボモータ１
を制御するするだけで自動的に実施され、インクリメン
タルエンコーダ２取り付け後に一度実施するだけでよ
い。これは、ＥＥＲＯＭ１１にて記憶された角度差Δθ
が、電源を遮断されて再投入した場合には読み出しが行
われるために再調整は不用になる。なお、初期磁極位置
が推定できる場合であっても、あくまで推定であって確
実性が乏しいので、前記角度差Δθを検出・記憶させた
後は、その記憶させた前記角度差Δθ、エンコーダ２の
フィードバック信号を用いて磁極位置を検出し、この検
出信号に基づいて電動機を制御するのが好ましい。

【００３７】また上記実施の形態２において、前記角度
差Δθを簡単に検出するため、直流励磁位置θ０の設定
は、回転子を一方向のみへ回転させる場合について説明
したが、前記角度差Δθを精度よく検出したい場合に
は、直流励磁位置θ^*の設定を正転方向θ０、逆転方向
−θ０と設定し、前記動作を２回繰り返せばよい。この
場合、角度演算器１０は、動作実施の形態１における角
度演算器と同様に、フィードバック位置信号θｃ（正転
方向θ０の直流励磁位置θ^*に対応するフィードバック
位置信号）を検出し、偏差器１４を介して直流励磁位置
θ^*との偏差を図１の角度演算器１０に 記憶するととも
に、フィードバック位置信号θｄ（逆転方向−θ０の直
流励磁位置θ^*に対応するフィードバック位置信号）を
検出し、偏差器１４を介して直流励磁位置θ^*との偏差
を図１の角度演算器１０に 記憶し、（（フィードバッ
ク位置信号θｃ−θ０）＋（フィードバック位置信号θ
ｄ＋θ０））／２を算出した後、即ち角度差Δθを補正
した後、この角度差Δθを、電動機の回転子磁極位置と
インクリメンタルエンコーダの基準位置との間の角度差
としてＥＥＲＯＭ１１に記憶することになる。

【００３８】また、前記実施の形態１、２においては、
回転子を有する永久磁石式同期電動機と回転式のインク
リメンタルエンコーダとの組合せの場合について説明し
たが、リニア式の永久磁石式同期電動機とリニア式のイ
ンクリメンタルエンコーダとの組合せの場合について
も、この発明が適用できる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
可動部を磁極固定位置に対して正方向から固定した時の
前記角度差および逆方向から固定した時の前記角度差の
両者を用いて前記角度差を求めるようにしたので、また
可動部を所定の磁極位置から正方向に移動・固定した時
の前記角度差および可動部を所定の磁極位置から逆方向
に移動・固定した時の前記角度差の両者を用いて前記角
度差を求めるようにしたので、インクリメンタルエンコ
ーダの基準位置と電動機の回転子磁極位置との間の角度
差検出に際し、磁極摩擦力などの影響を除くことがで
き、よって高精度に前記角度差を得ることができる。

【００４０】

【００４１】

【００４２】

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明に係る実施の形態１、２に使用され
る回路を示す図である。

【図２】 この発明に係る実施の形態１の動作を説明す
るための図である。

【図３】 この発明に係る実施の形態２の動作を説明す
るための図である。

【図４】 従来例を示し、電動機に磁気式エンコーダを
取り付ける状態を示す図である。

【図５】 他の従来例を示し、電動機に光学式エンコー
ダを取り付ける状態を示す図である。

【符号の説明】

１ サーボモータ、 ２ インクリメンタルエンコー
ダ、 ３ 電流検出器 ４ 電力変換器、 ５、６ 座標変換器、 ７ パルス
カウンタ ８、９ ＰＩ制御器、 １０ 角度演算器、 １１ Ｅ
ＥＲＯＭ １２、１３、１４ 偏差器

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 永久磁石式同期電動機とインクリメンタ
   ルエンコーダとを組合せ、前記永久磁石式同期電動機の
   電機子巻線に、インクリメンタルエンコーダのフィード
   バック位置信号に基づいて前記永久磁石式同期電動機の
   磁極位置に応じた電流を供給することにより、前記永久
   磁石式同期電動機を制御する電動機制御機能を用いて、
   電動機磁極位置とエンコーダ基準位置との角度差を検出
   する方法において、 前記巻線に対する励磁位置指令を、前記インクリメンタ
   ルエンコーダの基準位置信号が検出された後所定時間経
   過するまで、インクリメントまたはデクリメントして与
   えるとともに、前記巻線に励磁電流を供給する段階と、 この段階の後、前記巻線に対する励磁位置指令を、所定
   時間インクリメントして与えるとともに、このインクリ
   メント後デクリメントして与え、且つ前記巻線に励磁電
   流を供給する段階と、 この段階の後、前記励磁位置指令と、前記インクリメン
   タルエンコーダのフィードバック位置信号との偏差を記
   憶する段階と、 前記巻線に対する励磁位置指令を、前記インクリメンタ
   ルエンコーダの基準位置信号が検出された後所定時間経
   過するまで、インクリメントまたはデクリメントして与
   えるとともに、前記巻線に励磁電流を供給する段階の
   後、前記巻線に対する励磁位置指令を、所定時間デクリ
   メントして与えるとともに、このデクリメント後インク
   リメントして与え、且つ前記巻線に励磁電流を供給する
   段階と、 この段階の後、前記励磁位置指令と、前記インクリメン
   タルエンコーダのフィードバック位置信号との偏差を記
   憶する段階と、 前記記憶された複数の偏差に基づいて、前記偏差を補正
   する段階と、 この補正された偏差を、電動機磁極位置とエンコーダ基
   準位置との角度差として記憶するとともに電源断の状態
   でもその記憶を保持する段階と、 を有することを特徴とする電動機磁極位置とエンコーダ
   基準位置との角度差検出方法。
2. 【請求項２】 永久磁石式同期電動機とインクリメンタ
   ルエンコーダとを組合せ、前記永久磁石式同期電動機の
   電機子巻線に、インクリメンタルエンコーダのフィード
   バック位置信号に基づいて前記永久磁石式同期電動機の
   磁極位置に応じた電流を供給することにより、前記永久
   磁石式同期電動機を制御する電動機制御機能を用いて、
   電動機磁極位置とエンコーダ基準位置との角度差を検出
   する方法において、 前記永久磁石式同期電動機の可動部を、前記インクリメ
   ンタルエンコーダの基準位置が検出され且つこの基準位
   置から所定の位置まで、予め動かしておく段階と、 この段階の後、前記巻線に対する一定値の励磁位置指令
   を与えるとともに、前記巻線に励磁電流を供給する段階
   と、 この段階の後、前記一定値の励磁位置指令と、前記イン
   クリメンタルエンコーダのフィードバック位置信号との
   偏差を、電動機磁極位置とエンコーダ基準位置との角度
   差として記憶するとともに電源断の状態でもその記憶を
   保持する段階と、 を有することを特徴とする電動機磁極位置とエンコーダ
   基準位置との角度差検出方法。
3. 【請求項３】 永久磁石式同期電動機とインクリメンタ
   ルエンコーダとを組合せ、前記永久磁石式同期電動機の
   電機子巻線に、インクリメンタルエンコーダのフィード
   バック位置信号に基づいて前記永久磁石式同期電動機の
   磁極位置に応じた電流を供給することにより、前記永久
   磁石式同期電動機を制御する電動機制御機能を用いて、
   電動機磁極位置とエンコーダ基準位置との角度差を検出
   する方法において、 前記永久磁石式同期電動機の可動部を、前記インクリメ
   ンタルエンコーダの基準位置が検出され且つこの基準位
   置から所定の位置まで、予め動かしておく段階と、 この段階の後、前記永久磁石式同期電動機の可動部を所
   定位置から所定量だけ正方向に動かす、前記巻線に対す
   る一定値の励磁位置指令を与えるとともに、前記巻線に
   励磁電流を供給する段階と、 この段階の後、前記一定値の励磁位置指令と、前記イン
   クリメンタルエンコーダのフィードバック位置信号との
   偏差を記憶する段階と、 前記永久磁石式同期電動機の可動部を所定位置から所定
   量だけ逆方向に動かす、前記巻線に対する一定値の励磁
   位置指令を与えるとともに、前記巻線に励磁電流を供給
   する段階と、 この段階の後、前記一定値の励磁位置指令と、前記イン
   クリメンタルエンコーダのフィードバック位置信号との
   偏差を記憶する段階と、 前記記憶された複数の偏差に基づいて、前記偏差を補正
   する段階と、 この補正された偏差を、電動機磁極位置とエンコーダ基
   準位置との角度差として記憶するとともに電源断の状態
   でもその記憶を保持する段階と、 を有することを特徴とする電動機磁極位置とエンコーダ
   基準位置との角度差検出方法。
4. 【請求項４】 永久磁石式同期電動機とインクリメンタ
   ルエンコーダとを組合せ、前記永久磁石式同期電動機の
   電機子巻線に、インクリメンタルエンコーダのフィード
   バック位置信号に基づいて前記永久磁石式同期電動機の
   磁極位置に応じた電流を供給することにより、前記永久
   磁石式同期電動機を制御する電動機制御装置において、
   前記永久磁石式同期電動機の磁極位置を固定した位置に
   対して、可動部を正方向に移動させた後逆方向に移動さ
   せたときにおける励磁位置指令と、基準位置信号が検出
   された後の前記インクリメンタルエンコーダのフィード
   バック位置信号との偏差を演算するとともに、可動部を
   逆方向に移動させた後正方向に移動させたときにおける
   励磁位置指令と、基準位置信号が検出された後の前記イ
   ンクリメンタルエンコーダのフィードバック位置信号と
   の偏差を演算する手段と、この手段にて演算された前記
   偏差を夫々記憶するとともに、この記憶した複数の偏差
   に基づいて偏差を補正する手段と、この手段にて補正さ
   れた偏差を電動機磁極位置とエンコーダ基準位置との角
   度差として記憶するとともに電源断の状態でもその記憶
   を保持する記憶手段とを設けたことを特徴とする電動機
   制御装置。
5. 【請求項５】 永久磁石式同期電動機とインクリメンタ
   ルエンコーダとを組合せ、前記永久磁石式同期電動機の
   電機子巻線に、インクリメンタルエンコーダのフィード
   バック位置信号に基づいて前記永久磁石式同期電動機の
   磁極位置に応じた電流を供給することにより、前記永久
   磁石式同期電動機を制御する電動機制御装置において、
   可動部を所定位置から所定量だけ移動させる一定値の励
   磁位置指令と、基準位置信号が検出された後の前記イン
   クリメンタルエンコーダのフィードバック位置信号との
   偏差を演算する手段と、この手段にて補正された偏差を
   電動機磁極位置とエンコーダ基準位置との角度差として
   記憶するとともに電源断の状態でもその記憶を保持する
   記憶手段とを設けたことを特徴とする電動機制御装置。
6. 【請求項６】 永久磁石式同期電動機とインクリメンタ
   ルエンコーダとを組合せ、前記永久磁石式同期電動機の
   電機子巻線に、インクリメンタルエンコーダのフィード
   バック位置信号に基づいて前記永久磁石式同期電動機の
   磁極位置に応じた電流を供給することにより、前記永久
   磁石式同期電動機を制御する電動機制御装置において、
   可動部を所定位置から正方向に所定量だけ移動させる一
   定値の励磁位置指令と、基準位置信号が検出された後の
   前記インクリメンタルエンコーダのフィードバック位置
   信号との偏差を演算するとともに、可動部を所定位置か
   ら逆方向に所定量だけ移動させる一定値の励磁位置指令
   と、基準位置信号が検出された後の前記インクリメンタ
   ルエンコーダのフィードバック位置信号との偏差を演算
   する手段と、この手段にて演算された前記偏差を夫々記
   憶するとともに、この記憶した複数の偏差に基づいて偏
   差を補正する手段と、この手段にて補正された偏差を電
   動機磁極位置とエンコーダ基準位置との角度差として記
   憶するとともに電源断の状態でもその記憶を保持する記
   憶手段とを設けたことを特徴とする電動機制御装置。