JP5471473B2 - サーボシステム - Google Patents

Description

本発明は、回転角検出器を搭載したモータを回転制御するサーボシステムの角度誤差補正および省配線技術に関する。

従来、ＦＡサーボモータの回転角検出器として光学式エンコーダやレゾルバが使われている。光学式エンコーダは、ガラスなどの円板に金属薄膜でパターンを形成し、光の明暗を作り出すことで角度信号を得ており、光の直進性と秒単位の角度精度を有する金属薄膜パターンにより、高い角度精度を実現することができる。一方、レゾルバは、主に巻線と電磁鋼板で構成されるため、振動、衝撃、熱などに対し高い耐環境性を有しており、また光学部品、電子部品などの寿命部品を持たないため、メンテナンスフリーで使用できることが利点である。

このため、角度精度が要求される場合は光学式エンコーダが選択され、耐環境性が要求される場合にはレゾルバが選択されるケースが多い。

レゾルバには、ロータに巻線を有するブラシレスレゾルバと、ロータが鉄心のみで構成されるバリアブルリラクタンス型レゾルバがあり、どちらのタイプも励磁信号を与えてやることで一回転で１周期もしくは整数倍の正弦波信号を生成することができる。レゾルバの角度精度は生成された正弦波の歪の度合いで決まるが、ロータ、ステータ形状や巻線構成のみで歪の小さい正弦波信号を生成することは容易ではないため、光学式エンコーダに比べどうしても角度精度が劣るという課題があった。そして、高い角度精度と耐環境性を同時に求める場合、光学式エンコーダの耐環境性を上げるか、レゾルバの高精度化を追及することになるが、現段階ではどちらも困難であると言える。

そこで、レゾルバを高精度用途に用いる方法としてレゾルバそのものの角度精度はそのままにして、レゾルバの正弦波信号から角度データに変換した後にレゾルバの角度誤差を補正してやるといった方法が考えられる。レゾルバの角度誤差の補正方法として、ＦＡサーボなどではレゾルバ信号を角度データに変換する回路を有するモータ制御装置側に補正値を持たせ、レゾルバの角度データに対して補正を行うことが従来から行われている。

例えば、特許文献１に記載されている位置検出装置では、レゾルバ固有の位置補正データをレゾルバ信号演算部にて保持し、レゾルバから得た出力信号をデジタル値に変換する際に、位置補正データを参照することで位置情報を補正するという構成になっている。

特開２００８−１１６４００号公報

しかしながら、特許文献１に記載の構成では、モータ制御装置側にレゾルバの固有データを持たせるため、一般的に工場製造時、出荷時で別々に取り扱われるサーボモータなどの製品では、あるサーボモータに搭載されたレゾルバの位置補正データを、出荷後にそれとペアで使用されるであろうモータ制御装置側に持たせるということは現実的には困難であることが課題として挙げられる。

ところで、レゾルバ側すなわちモータ側に必要最小限の電子部品（ＥＥＰＲＯＭなど記憶手段）を搭載し、レゾルバを取り付けた後のモータ完成品の状態でレゾルバの角度精度を把握して、それぞれのレゾルバの角度精度に応じた角度誤差補正値を求め、それを記憶手段に記憶させれば、あらかじめレゾルバを分類せずに、個々で角度補正が施されたモータ完成品を得ることができる。

モータ側に記憶手段を搭載するときの問題点は、レゾルバ側の電子回路を動作させるための電源線や、記憶手段へのデータの補正値の書き込み、読み出しのための制御信号やデータ信号の信号線をレゾルバの励磁線やＳＩＮ、ＣＯＳの出力線とは別に設けてやる必要があり、配線数が増大する点である。

本発明は上記の課題を解決するものであり、モータ側にレゾルバの角度誤差補正値を記憶させ、省配線が可能なサーボシステムを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために請求項１に記載のサーボシステムは、回転角検出器を搭載したモータとモータ制御装置を複数の配線で接続して駆動制御するサーボシステムにおいて、
前記回転角検出器は、巻線と電磁鋼鈑で構成され回転角度信号を出力するレゾルバと、前記レゾルバの出力信号に含まれた角度誤差を補正する角度誤差補正値を記憶させた記憶手段と、前記記憶手段と信号のやり取りをする第１のインターフェース素子と、前記記憶手段と前記第１のインターフェース素子に電力を供給する安定化電源と、各配線が接続された第１の端子切替手段とで構成され、前記モータ制御装置は、前記レゾルバを励磁する発振回路と、前記レゾルバの出力信号を入力し、デジタル信号に変換するレゾルバ／デジタル変換手段と、前記安定化電源に電源線を介して電力を供給する電源供給手段と、前記第１のインターフェース素子と配線を介して信号のやり取りをする第２のインターフェース素子と、前記第１のインターフェース素子及び第２のインターフェース素子を介して前記記憶手段を制御する演算手段と、各配線が接続された第２の端子切替手段とで構成され、前記第１の端子切替手段は電気信号によって、前記レゾルバの励磁線と前記安定化電源側の電源線とを、および、前記レゾルバの出力線と前記第１のインターフェースに接続される配線とを切り替え可能であり、前記第２の端子切替手段は電気信号によって、前記発振回路の配線と前記電源供給手段側の電源線とを、および、前記レゾルバ／デジタル変換手段の配線と前記第２のインターフェースに接続される配線とを切り替え可能であり、前記回転角検出器と前記モータ制御装置間の配線は前記レゾルバの励磁線および前記レゾルバの出力線の配線のみで構成可能なことを特徴とする。

また、請求項２に記載のサーボシステムは、前記回転角検出器の電源立上げ時には、前記第１の端子切替手段は前記安定化電源側の電源線側および前記第１のインターフェースに接続される配線側に端子を切り替え、前記第２の端子切替手段は前記電源供給手段の配線側および前記第２のインターフェースに接続される配線側に端子を切り替え、前記記憶手段の角度誤差補正値を前記レゾルバ／デジタル変換手段から前記演算手段に出力し終わると、前記第１の端子切替手段は前記レゾルバの励磁線側および前記レゾルバの出力線側
に端子を切り替え、前記第２の端子切替手段は前記発振回路の配線と前記レゾルバの出力線側に端子を切り替え、レゾルバとして機能することを特徴とする。

また、請求項３に記載のサーボシステムは、前記記憶手段に、前記角度誤差補正値の他に前記モータの誘起電圧位相とレゾルバ零点を一致させるためのオフセットデータを記憶させ、電源立上げ時に前記オフセットデータを前記演算手段に出力させることを特徴とする。

さらに、請求項４に記載のサーボシステムは、前記記憶手段に、前記角度誤差補正値の他に前記モータの機種情報、製造情報等を記憶させ、電源立上げ時に前記機種情報、製造情報等を前記演算手段に出力させることを特徴とする。

請求項１、２に記載のサーボシステムによれば、レゾルバの配線数を増大させることなく、モータ側にレゾルバ角度精度補正値を保持させることができ、高精度かつ耐環境性の高い回転角検出器を搭載したモータを回転制御するサーボシステムを実現することができる。

また、請求項３に記載のサーボシステムによれば、モータ組立工程においてモータの誘起電圧位相とレゾルバ零点を機械的に一致させるための工数を削減することができる。

さらに、請求項４に記載のサーボシステムによれば、モータの各種定数をモータ機種情報から読み出すことができるため、モータ制御装置側で自動的に調整パラメータを設定することで、モータ制御装置のパラメータ違いによって生じる機種数を削減することができる。

本発明の実施の形態１におけるサーボシステムの概略構成図 本発明の実施の形態１におけるサーボシステムの詳細構成図 本発明の実施の形態１におけるフロー図 本発明の実施の形態２におけるフロー図 本発明の実施の形態３におけるフロー図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１はサーボシステム構成の概略構成図、図２はサーボシステムの詳細構成図、図３はレゾルバの角度補正値をモータ制御装置に取り込むフロー図である。

まず、サーボシステムの全体構成について説明する。図１において、本発明のサーボシステムは、回転角検出器１０２を搭載したモータ１０１とモータ１０１を駆動制御するモータ制御装置１０５は、物理的に離れた場所に設置され、回転角検出器信号ケーブル１０４およびモータ電源ケーブル１０３で接続して構成される。

モータ制御装置１０５からモータ電源ケーブル１０３を介して電流を印加してモータ１０１を駆動し、モータ１０１の回転角度を回転角検出器１０２により検出し、回転角検出器信号ケーブル１０４を介してモータ制御装置１０５へフィードバックすることでサーボ動作を実行する。

次に、図２を用いて本発明の特徴について詳しく説明する。図２では、図１のモータ１０１を省略しており、１相励磁２相出力の回転角検出器１０２とモータ制御装置１０５の要部について説明する。

回転角検出器１０２は、レゾルバ２０１と、安定化電源２０２と、記憶手段２０３と、第１のインターフェース素子２０４および第１の端子切替手段２０５で構成される。一方、モータ制御装置１０５は、第２の端子切替手段２０６と、発振回路２０７と、出力バッファ２０８および入力バッファ２０９と、レゾルバ／デジタル変換手段２１０と、電源供給手段２１１と、演算手段２１２と第２のインターフェース素子２１３で構成されている。

第１の端子切替手段２０５および第２の切替手段端子は、６組の接点で構成され、それぞれ図２に図示したように接続され、演算手段２１２によって一斉に切替制御される。

レゾルバ２０１の励磁コイル端子と出力バッファ２０８の出力端子が、レゾルバ２０１の出力端子と入力バッファ２０９の入力端子がそれぞれ対応するように、端子切替手段２０５および端子切替手段２０６の各端子に接続されている。

一方、端子切替手段２０５の励磁コイルに対応する切替端子には、安定化電源２０２が接続され、端子切替手段２０６の出力バッファ２０８に対応する切替端子には、電源供給手段２１１が接続される。さらに、端子切替手段２０５のレゾルバ２０１の出力端子に対応する切替端子には、第１のインターフェース素子の各端子が、端子切替手段２０６の入力バッファ２０９に対応する切替端子には、第２のインターフェース素子２１３の各端子がそれぞれ接続されている。

ここで、記憶手段２０３に記憶させた角度誤差補正値をモータ制御装置１０５の演算手段２１２に読み出すまでについて図３のフロー図を用いて説明する。

まず、電源投入時に演算手段２１２は、記憶手段２０３の角度誤差補正値を読み出すため、第１の端子切替手段２０５および第２の端子切替手段２０６を用いて、記憶手段２０３側に切り替える。つまり、電源供給手段２１１と安定化電源２０２、第１のインターフェース素子２０４と第２のインターフェース素子２１３が接続される。

この切り替えにより、電源投入時には、モータ制御装置１０５の電源供給手段２１１によって回転角検出器１０２側に搭載された回路の電源が確保され、記憶手段２０３の角度誤差補正値を第１のインターフェース手段２０４から第２のインターフェース手段２１３を経由して演算手段２１２に読み出すことができ、正常に読み出しが完了すると、演算手段２１２は、第１の端子切替手段２０５および第２の端子切替手段２０６をレゾルバ信号側に切り替える。

この後、サーボＯＮ信号によってモータ１０１が駆動され、同時に回転角検出器１０２が機能するように発振回路２０７から出力された励磁信号は、レゾルバ／デジタル変換器２１０と出力バッファ２０８を経由してレゾルバ２０１の励磁コイルに入力され、レゾルバ２０１によって角度に応じた電圧に変換された出力信号が入力バッファ２０９を経由してレゾルバ／デジタル変換器２１０へ返ってくる。

この構成により、モータ電源立ち上げ時のみ、回転角検出器１０２の記憶手段２０３にモータ制御装置１０５がアクセスし、角度誤差補正に必要なデータを読み出し、読み出しが完了すれば切替手段によりレゾルバ信号側へ切替えることでレゾルバによる回転角検出フィードバックが構成されるため、サーボモータとしての動作が可能となる。

なお、回転角検出器１０２の記憶手段２０３に角度誤差補正値を記憶させるには、モータ１０１に回転角検出器１０２を組み込んだ状態で、基準となるモータ制御装置と接続して、切替手段をレゾルバ信号側に切り替えてモータ１０１を回転させ、インターフェース手段を介して角度誤差を含んだレゾルバ信号をモータ制御装置に取り込み、角度誤差を補正して基準となるモータ制御装置に記憶する。次に、切替手段を記憶手段側に切り替え、基準となるモータ制御装置に記憶させた角度誤差補正値を、インターフェース素子を介して回転角検出器１０２の記憶手段２０３に保存すれば、回転角検出器１０２をモータ１０１から取り外さない限り、保存した角度誤差補正値は有効である。

また、ここでは詳細な説明を省略するが、記憶手段２０３に記憶させた角度誤差補正値
は、モータ制御装置１０５に読み出し保存した後は、従来のモータ制御装置側に記憶させた角度誤差補正方法と同様に、励磁信号とレゾルバ出力信号に基づいて演算手段２１２で補正処理される。

（実施の形態２）
図４は実施の形態２のフロー図である。実施の形態１と異なるのは、角度誤差補正値に加えて、レゾルバ原点とモータ誘起電圧位相を記憶手段２０３に記憶させる点である。

実施の形態１の記憶手段２０３に角度誤差補正値を記憶させる際に、レゾルバ原点とモータ誘起電圧位相も一緒に基準となるモータ制御装置に取得した後、角度誤差補正値とともに記憶手段２０３に記憶させる。

実施の形態１と同様にモータ電源立上げ時に、記憶手段２０３から角度誤差補正値とレゾルバ原点およびモータ誘起電圧位相を演算手段２１２に読み出し保存する。これにより、モータ１０１に正しく電流を印加し、効率よく駆動させることができる。

（実施の形態３）
図５は実施の形態３のフロー図である。実施の形態１および２と異なるのは、記憶手段２０３に記憶させる内容であり、モータの機種情報、製造情報を記憶させ、モータ電源立上げ時に記憶手段２０３からモータ制御装置１０５に読み出し、機種情報に基づいて制御ゲインの設定など自動的に変更させることができる。

本発明のサーボシステムは、使用環境が厳しい工作機械、産業用ロボットなどにも有用である。

１０１ モータ
１０２ 回転角検出器
１０３ モータ電源ケーブル
１０４ 回転角検出器信号ケーブル
１０５ モータ制御装置
２０１ レゾルバ
２０２ 安定化電源
２０３ 記憶手段
２０４ 第１のインターフェース素子
２０５ 第１の端子切替手段
２０６ 第２の端子切替手段
２０７ 発振回路
２０８ 出力バッファ
２０９ 入力バッファ
２１０ レゾルバ／デジタル変換手段
２１１ 電源供給手段
２１２ 演算手段（マイクロコンピュータ）
２１３ 第２のインターフェース素子

Claims (4)

1. 回転角検出器を搭載したモータとモータ制御装置を複数の配線で接続して駆動制御するサーボシステムにおいて、
   前記回転角検出器は、巻線と電磁鋼鈑で構成され回転角度信号を出力するレゾルバと、前記レゾルバの出力信号に含まれた角度誤差を補正する角度誤差補正値を記憶させた記憶手段と、前記記憶手段と信号のやり取りをする第１のインターフェース素子と、前記記憶手段と前記第１のインターフェース素子に電力を供給する安定化電源と、各配線が接続された第１の端子切替手段とで構成され、
   前記モータ制御装置は、前記レゾルバを励磁する発振回路と、前記レゾルバの出力信号を入力し、デジタル信号に変換するレゾルバ／デジタル変換手段と、前記安定化電源に電源線を介して電力を供給する電源供給手段と、前記第１のインターフェース素子と配線を介して信号のやり取りをする第２のインターフェース素子と、前記第１のインターフェース素子及び第２のインターフェース素子を介して前記記憶手段を制御する演算手段と、各配線が接続された第２の端子切替手段とで構成され、
   前記第１の端子切替手段は電気信号によって、前記レゾルバの励磁線と前記安定化電源側の電源線とを、および、前記レゾルバの出力線と前記第１のインターフェースに接続される配線とを切り替え可能とし、
   前記第２の端子切替手段は電気信号によって、前記発振回路の配線と前記電源供給手段側の電源線とを、および、前記レゾルバ／デジタル変換手段の配線と前記第２のインターフェースに接続される配線とを切り替え可能とすることで、
   前記回転角検出器と前記モータ制御装置間の配線は前記レゾルバの励磁線および前記レゾルバの出力線の配線のみで構成可能なことを特徴とするサーボシステム。
2. 前記回転角検出器の電源立上げ時には、前記第１の端子切替手段は前記安定化電源側の電源線側および前記第１のインターフェースに接続される配線側に端子を切り替え、前記第２の端子切替手段は前記電源供給手段の配線側および前記第２のインターフェースに接続される配線側に端子を切り替え、前記記憶手段の角度誤差補正値を前記レゾルバ／デジタル変換手段から前記演算手段に出力し終わると、前記第１の端子切替手段は前記レゾルバの励磁線側および前記レゾルバの出力線側に端子を切り替え、前記第２の端子切替手段は前記発振回路の配線と前記レゾルバの出力線側に端子を切り替え、レゾルバとして機能す
   ることを特徴とした請求項１に記載のサーボシステム。
3. 前記記憶手段に、前記角度誤差補正値の他に前記モータの誘起電圧位相と前記レゾルバのレゾルバ零点を一致させるためのオフセットデータを記憶させ、電源立上げ時に前記オフセットデータを前記演算手段に出力させることを特徴とした請求項１または２に記載のサーボシステム。
4. 前記記憶手段に、前記角度誤差補正値の他に前記モータの機種情報、製造情報等を記憶させ、電源立上げ時に前記機種情報、製造情報等を前記演算手段に出力させることを特徴とした請求項１または２に記載のサーボシステム。