JP6212688B2 - 耐ノイズ性向上システム、および耐ノイズ性向上方法 - Google Patents

Description

本発明は耐ノイズ性向上システム、および耐ノイズ性向上方法に係り、特に、従来は一対一の関係で専用に組合せることが必要だったサーボモータとサーボドライバにおいて耐ノイズ性を向上させることができ、かつ組み合わせ方の自由度をも増すことができる耐ノイズ性向上システム等に関するものである。

サーボモータ等の回転を検出するセンサであるレゾルバについては、従来からさまざまな技術的提案がなされている。たとえば後掲特許文献１には、簡単な構成で誤差データを取得でき、高分解能の位置検出においても大容量のメモリを必要としない低コストのレゾルバインタフェース装置の提供を目的として、記憶手段に記憶した補正パラメータを使ってレゾルバ２次側電圧を補正する補正手段として、Ｒ／Ｄ変換手段によりデジタル変換された２次側電圧の振幅を調整する第１振幅調整手段と、それにより振幅調整された２次側電圧の位相を調整する位相調整手段と、そこからの出力の振幅を調整する第２振幅調整手段と、最終的な出力のオフセットを調整するオフセット調整手段とを備えた構成とする技術が開示されている。

また特許文献２には、回転機の高回転時にも補正処理時間に起因した角度検出誤差の発生を防止することを目的として、センサたるレゾルバから出力される回転角信号に基づいて回転角に対応させて複数ビットのカウント値が増減するように構成されたカウンタを含む変換部と、変換部での誤差の補正に用いるデジタルデータを記憶する補正値記憶部を含む制御部とを備え、変換部には補正値記憶部からのデジタルデータに応じてカウント値を補正するように構成された誤差補正回路を含み、これにより補正されたカウント値に基づいて回転機の電気角を求めることで、高速な補正処理の可能な回転角検出装置が開示されている。

特開２００７−５７３１６号公報「レゾルバインターフェイス装置」 特開２００９−１４５１２４号公報「回転角度検出装置」

さて、レゾルバをセンサとするサーボモータとドライバの組合せにおいて、レゾルバは耐環境性に優れるという利点があるが、レゾルバのアナログ信号にノイズがのるとサーボゲインをあげられないなど、制御に支障をきたす場合がある。したがって、耐ノイズ性を向上することができれば、より高性能なサーボを実現することができる。

一方、従来、サーボモータとサーボドライバの組み合わせにおいては、一対一の関係で専用に組合せることが必要だった。図４は、従来のサーボモータとサーボドライバの組み合わせ方を示す概念図である。図示するように、サーボモータ４７のセンサとしてレゾルバ４８を用いる場合には、レゾルバ４８専用のドライバ４２が、またサーボモータ５７のセンサとしてエンコーダ５９を用いる場合には、エンコーダ５９専用のドライバ５２が、それぞれ必要だった。

つまり、サーボモータのセンサを、たとえば、レゾルバからより高分解能のセンサであるシリアルアブソリュートエンコーダに変更したい場合には、レゾルバ４８と専用のドライバ４２とをセットで取り外し、エンコーダ５９と専用のドライバ５２とのセットとして交換することが必要だった。

そこで本発明が解決しようとする課題は、従来は一対一の関係で専用に組合せることが必要だったサーボモータとサーボドライバにおいて、耐ノイズ性を向上させることができ、かつドライバの組み合わせ方の自由度を増すことのできる、耐ノイズ性向上システム、および耐ノイズ性向上方法を提供することである。

本願発明者は上記課題について検討した結果、耐ノイズ性を向上させるために、発生するノイズが影響を与えるアナログ信号（レゾルバ信号）をデジタル信号に変換して送信すること、特にレゾルバ信号はモータ直近でデジタル信号に変換すること、差動のシリアルインタフェースを搭載するレゾルバ−デジタル変換をし配線を行うことによってさらに耐ノイズ性を向上できること、そして、シリアルインタフェースを使用することによってドライバの受け回路を同じシリアルインタフェースを持つエンコーダの受け回路と共通にすることなどにより課題を解決できることに想到し、本発明に至った。すなわち、上記課題を解決するための手段として本願で特許請求される発明、もしくは少なくとも開示される発明は、以下の通りである。

（１） センサとしてレゾルバまたはシリアルエンコーダを用いるサーボモータおよびサーボシステム全体における耐ノイズ性を向上させるシステムであって、後記ドライバ外に設けられていてレゾルバ信号とデジタルシリアル信号を変換可能なＲ／Ｄ変換手段と、これに対応するドライバとが接続されて構成されており、該ドライバは、シリアルインタフェースならびに該Ｒ／Ｄ変換手段との信号授受を対応可能とするソフトウェアを備えていることで、センサとしてレゾルバを用いている場合のサーボモータの耐ノイズ性を向上させることができ、また該ドライバは、該Ｒ／Ｄ変換手段との信号授受の他にシリアルエンコーダとの信号授受にも対応可能なソフトウェアを備えていることで、該ドライバの受け回路が同じシリアルインタフェースを持つエンコーダの受け回路と共通化されて、別途専用ドライバを用いることなくセンサをシリアルエンコーダに交換可能であり、かつ該Ｒ／Ｄ変換手段は、ノイズの影響を受けやすいレゾルバ信号をその生成直後に耐ノイズ性の高いデジタルシリアル信号に変換してシリアルエンコーダ程度に耐ノイズ性を高められるよう該レゾルバの直近位置すなわち該レゾルバからの伝送経路の最上流位置になるよう該ドライバに接続され、かかる構成により、レゾルバ搭載サーボモータを接続する場合には該Ｒ／Ｄ変換手段に、シリアルエンコーダ搭載サーボモータを接続する場合には該ドライバのシリアルインタフェースにそれぞれ接続することで、ドライバを変更せずに接続対象センサをレゾルバ―シリアルエンコーダ間で交換可能であることを特徴とする、耐ノイズ性向上システム。
（２） 前記シリアルインタフェースに耐ノイズ性の高い差動方式のインタフェースを用いることで、より耐ノイズ性を向上させることを特徴とする、（１）に記載の耐ノイズ性向上システム。

（３） 前記Ｒ／Ｄ変換手段−シリアルインタフェース間の伝送経路に差動方式のケーブルを用いることで、より耐ノイズ性を向上させることを特徴とする、（１）または（２）に記載の耐ノイズ性向上システム。
（４） 前記Ｒ／Ｄ変換手段は、Ｒ／Ｄ変換ボードか、またはこれを筐体に収容してなるＲ／Ｄ変換ユニットであることを特徴とする、（１）ないし（３）のいずれかに記載の耐ノイズ性向上システム。

（５） （１）ないし（４）のいずれかに記載の耐ノイズ性向上システムを用いて、センサとしてレゾルバまたはシリアルエンコーダを用いるサーボモータおよびサーボシステム全体における耐ノイズ性を向上させる方法であって、レゾルバ搭載サーボモータを接続する場合は該Ｒ／Ｄ変換手段に接続し、シリアルエンコーダ搭載サーボモータを接続する場合は該ドライバのシリアルインタフェースに接続することを特徴とする、耐ノイズ性向上方法。
（６） 前記シリアルインタフェースに耐ノイズ性の高い差動方式のインタフェースを用い、また前記Ｒ／Ｄ変換手段−シリアルインタフェース間の伝送経路に差動方式のケーブルを用いることで、より耐ノイズ性を向上させることを特徴とする、（５）に記載の耐ノイズ性向上方法。
（７） 前記Ｒ／Ｄ変換手段はＲ／Ｄ変換ボードか、またはこれを筐体に収容してなるＲ／Ｄ変換ユニットであることを特徴とする、（５）または（６）に記載の耐ノイズ性向上方法。

すなわち本発明は、ノイズが影響を与えるアナログ信号（レゾルバ信号）をデジタル信号に変換することで耐ノイズ性を向上させ、差動のシリアルインタフェースによりさらに耐ノイズ性を向上させることを可能とする。それとともに本発明に係るドライバは、受け回路がシリアルエンコーダ（以下、単に「エンコーダ」ともいう。）の受け回路と共通になるため、レゾルバとＲ／Ｄ変換ボードの組合せ、またはエンコーダ単品のいずれをもハード的に接続することができる。なお、レゾルバ、エンコーダ両センサ仕様に対応可能なように、ドライバにはプログラムが備えられる。

なお、Ｒ／Ｄ変換後のデジタルデータをシリアルインタフェースを介して送ること自体は、上述特許文献にも開示されている。しかしこれら従来技術の課題は、簡単な構成で誤差データを取得できかつ大容量のメモリを必要としない低コストのレゾルバインタフェース装置を提供することや、回転機の高回転時にも補正処理時間に起因した角度検出誤差の発生を防止することである。一方本願発明は、サーボモータとサーボドライバにおいて耐ノイズ性を向上させることができ、かつドライバの組み合わせ方の自由度を増すという課題に対する解決手段として構成されたものである。つまり本発明によれば、耐ノイズ性の向上ができ、さらにドライバを変更せずに異なるセンサのモータを駆動でき、これら従来技術とは相違するものである。

本発明の耐ノイズ性向上システム、および耐ノイズ性向上方法は上述のように構成されるため、これによれば、従来は一対一の関係で専用に組合せることが必要だったサーボモータとサーボドライバにおいて、耐ノイズ性を向上させることができ、かつ１種類のドライバによって異なる種類のセンサを備えたサーボモータを組み合わせて使用することができ、ドライバの組み合わせ方の自由度を増すことができる。

つまり従来、サーボモータ搭載のセンサを変更しようとするには、そのセンサと対応する専用のドライバも併せて新たに調達しなければならなかったものが、シリアルインタフェースのハードと、Ｒ／Ｄ変換手段およびエンコーダのいずれにも対応できるソフトウェアを実装する一つのドライバを用意するだけの本発明では、異なる種類のセンサ（耐環境性に優れたレゾルバ、検出精度に優れたシリアルエンコーダ）を搭載したサーボモータであっても、当該ドライバをそのまま組み合わせて使用することが可能になる。したがって、サーボモータに搭載するセンサの変更を容易に行うことができるとともに、サーボモータ−ドライバシステムの管理も簡素化することができる。

本発明の耐ノイズ性向上システムの構成を示す概念図である。 本発明の耐ノイズ性向上システムの別の構成を示す概念図である。 本発明に係るＲ／Ｄ変換ボードの構成例を示すブロック図である。 従来のサーボモータとサーボドライバの組み合わせ方を示す概念図である。

以下、図面により本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明の耐ノイズ性向上システムの構成を示す概念図である。図示するように本発明の耐ノイズ性向上システム１０は、レゾルバ信号とデジタルシリアル信号とを変換可能なＲ／Ｄ変換手段１と、これに対応するドライバ２とからなるシステムであって、ドライバ２は、シリアルインタフェース３ならびにＲ／Ｄ変換手段との信号授受を対応可能とするソフトウェア４を備えていることを、主たる構成とする。

かかる構成により本耐ノイズ性向上システム１０では、センサとしてレゾルバ８を用いるサーボモータ７に対して本システム１０が適用されると、Ｒ／Ｄ変換手段１によってレゾルバ８からのレゾルバ信号は耐ノイズ性の高いデジタルシリアル信号に変換されるため、サーボモータ７およびサーボシステム全体の耐ノイズ性が向上する。一方、ドライバ２からのデジタルシリアル信号は、Ｒ／Ｄ変換手段１によってレゾルバ信号に変換されてレゾルバ８へと送信される。

本発明耐ノイズ性向上システム１０においては、Ｒ／Ｄ変換手段１を、サーボモータ７の直近位置に設ける構成とすることができる。つまり、Ｒ／Ｄ変換手段１ができる限りサーボモータ７に近い位置に位置するように、レゾルバ８の直近位置に接続する構成とすることができる。

これにより、環境からのノイズの影響を受けやすいレゾルバ信号は、レゾルバ８において生成した直後に、ノイズの影響を受けにくいデジタルシリアル信号に変換される。つまり、伝送経路の最上流位置にて信号を耐ノイズ性の高いものに変換できるため、サーボモータ７およびサーボシステム全体の耐ノイズ性を効果的に向上させることができる。

なお、ドライバ２に設けるシリアルインタフェース３としては、耐ノイズ性の高い差動方式のインタフェースを用いることが望ましい。また、Ｒ／Ｄ変換手段１との間の伝送経路においても同様、差動方式のケーブルを用いるなど、システム全体に差動インタフェースを用いることが望ましい。

図２は、本発明の耐ノイズ性向上システムの別の構成を示す概念図である。図示するように本耐ノイズ性向上システム２１０は、レゾルバ信号とデジタルシリアル信号とを変換可能なＲ／Ｄ変換手段２１と、これに対応するドライバ２２とからなるシステムであって、ドライバ２は、シリアルインタフェース３ならびにＲ／Ｄ変換手段との信号授受を対応可能とするソフトウェア２４を備えるが、当該ソフトウェア２４は、Ｒ／Ｄ変換手段２１との信号授受の他にシリアルエンコーダ１９との信号授受にも対応可能に構成されていることを、特徴とする。

かかる構成により本耐ノイズ性向上システム２１０においては、別途専用ドライバを用いることなく、センサをレゾルバ２８からシリアルエンコーダ１９に交換可能である。つまり、レゾルバ２８を搭載したサーボモータ２７からシリアルエンコーダ１９を搭載したサーボモータ１７へと交換する際、別途ドライバを用いることなく、本システム２１０をそのまま用いて接続することができる。また逆に、シリアルエンコーダ１９を搭載したサーボモータ１７に本システム２１０が接続されている状態からレゾルバ２８を搭載したサーボモータ２７へと交換することも、何ら別途ドライバを用いることなく、本システム２１０をそのまま用いて接続することができる。

なお図において、ドライバ２２とＲ／Ｄ変換手段２１との接続、ドライバ２２とシリアルエンコーダ１９との接続は、同時になされることを意味するものではなく、いずれか一方を必要に応じて接続できる、交換できることを示すものである。

図３は、本発明に係るＲ／Ｄ変換ボードの構成例を示すブロック図である。図示するように本発明に係るＲ／Ｄ変換手段は、Ｒ／Ｄ変換ボード３１とすることができる。つまり、レゾルバ信号−デジタル（シリアル）信号の変換を行うボードである。このＲ／Ｄ変換ボードを使用することで、これまで専用の組合せが必要だったサーボモータとサーボドライバの組合せを、上述のとおり１種類のドライバ３２でもって、異なる種類のセンサを備えたサーボモータを組み合わせて使用することができ、ドライバの組み合わせ方の自由度を増すことができる。なお、レゾルバ３８搭載のサーボモータの場合はＲ／Ｄ変換ボード３１を用いて、一方シリアルエンコーダ（図示せず）搭載のサーボモータの場合は、ドライバ３２と直接接続して用いる。

本発明の耐ノイズ性向上システムに係るＲ／Ｄ変換手段は、上述のＲ／Ｄ変換ボードを筐体に収容してなるＲ／Ｄ変換ユニットという、一物品の形態として用いてもよい。Ｒ／Ｄ変換ユニットとこれに対応するドライバとによって、本システムを構成することができる。本Ｒ／Ｄ変換ユニット自体もまた、本願発明の範囲内である。

もちろんＲ／Ｄ変換手段は、Ｒ／Ｄ変換ユニットという形態ではなく、筐体を特に伴わないＲ／Ｄ変換ボードのままのものを用いることとしてもよい。なお、Ｒ／Ｄ変換ボード自体もまた、本願発明の範囲内である。さらにまた、以上述べた耐ノイズ性向上システムを構成するためのドライバ自体も、本願発明の範囲内である。

図１により、本発明の耐ノイズ性向上方法を説明する。本耐ノイズ性向上方法は、レゾルバ信号とデジタルシリアル信号とを変換可能なＲ／Ｄ変換手段１をレゾルバ８に接続し、シリアルインタフェース３ならびにＲ／Ｄ変換手段１との信号授受を対応可能とするソフトウェア４を備えたドライバ２をＲ／Ｄ変換手段１に接続することにより、レゾルバ８をセンサとするサーボモータ７の耐ノイズ性を向上させるものである。上述のとおりＲ／Ｄ変換手段１としてはＲ／Ｄ変換ボード、またはこれを筐体に収容してなるＲ／Ｄ変換ユニットを用いるものとすることができる。

本発明の耐ノイズ性向上システム、および耐ノイズ性向上方法によれば、サーボシステムにおいて耐ノイズ性を向上させることができ、かつ１種類のドライバによって異なる種類のセンサを備えたサーボモータを組み合わせて使用することができ、ドライバの組み合わせ方の自由度を増すことができる。したがってＦＡ、特にレゾルバまたはシリアルエンコーダをセンサとするＡＣサーボモータ製造や、これらを使用するあらゆる産業分野、技術分野において産業上利用性が高い発明である。

１、２１…Ｒ／Ｄ変換手段
２、２２…ドライバ
３、２３…シリアルインタフェース
４、２４…ソフトウェア
７、１７、２７…サーボモータ
８、２８…レゾルバ
１０、２１０…耐ノイズ性向上システム
１９…シリアルエンコーダ
３１…Ｒ／Ｄ変換ボード
３１３…Ｒ／Ｄ変換ＩＣ
３１４…多回転ＡＳＩＣ
３１５…トランシーバ
３１６…電源
３２…ドライバ
３８…レゾルバ
４２…レゾルバ専用のドライバ
４７、５７…サーボモータ
４８…レゾルバ
５２…エンコーダ専用のドライバ
５９…エンコーダ

Claims (7)

1. センサとしてレゾルバまたはシリアルエンコーダを用いるサーボモータおよびサーボシステム全体における耐ノイズ性を向上させるシステムであって、後記ドライバ外に設けられていてレゾルバ信号とデジタルシリアル信号を変換可能なＲ／Ｄ変換手段と、これに対応するドライバとが接続されて構成されており、該ドライバは、シリアルインタフェースならびに該Ｒ／Ｄ変換手段との信号授受を対応可能とするソフトウェアを備えていることで、センサとしてレゾルバを用いている場合のサーボモータの耐ノイズ性を向上させることができ、また該ドライバは、該Ｒ／Ｄ変換手段との信号授受の他にシリアルエンコーダとの信号授受にも対応可能なソフトウェアを備えていることで、該ドライバの受け回路が同じシリアルインタフェースを持つエンコーダの受け回路と共通化されて、別途専用ドライバを用いることなくセンサをシリアルエンコーダに交換可能であり、かつ該Ｒ／Ｄ変換手段は、ノイズの影響を受けやすいレゾルバ信号をその生成直後に耐ノイズ性の高いデジタルシリアル信号に変換してシリアルエンコーダ程度に耐ノイズ性を高められるよう該レゾルバの直近位置すなわち該レゾルバからの伝送経路の最上流位置になるよう該ドライバに接続され、かかる構成により、レゾルバ搭載サーボモータを接続する場合には該Ｒ／Ｄ変換手段に、シリアルエンコーダ搭載サーボモータを接続する場合には該ドライバのシリアルインタフェースにそれぞれ接続することで、ドライバを変更せずに接続対象センサをレゾルバ―シリアルエンコーダ間で交換可能であることを特徴とする、耐ノイズ性向上システム。
2. 前記シリアルインタフェースに耐ノイズ性の高い差動方式のインタフェースを用いることで、より耐ノイズ性を向上させることを特徴とする、請求項１に記載の耐ノイズ性向上システム。
3. 前記Ｒ／Ｄ変換手段−シリアルインタフェース間の伝送経路に差動方式のケーブルを用いることで、より耐ノイズ性を向上させることを特徴とする、請求項１または２に記載の耐ノイズ性向上システム。
4. 前記Ｒ／Ｄ変換手段は、Ｒ／Ｄ変換ボードか、またはこれを筐体に収容してなるＲ／Ｄ変換ユニットであることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載の耐ノイズ性向上システム。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の耐ノイズ性向上システムを用いて、センサとしてレゾルバまたはシリアルエンコーダを用いるサーボモータおよびサーボシステム全体における耐ノイズ性を向上させる方法であって、レゾルバ搭載サーボモータを接続する場合は該Ｒ／Ｄ変換手段に接続し、シリアルエンコーダ搭載サーボモータを接続する場合は該ドライバのシリアルインタフェースに接続することを特徴とする、耐ノイズ性向上方法。
6. 前記シリアルインタフェースに耐ノイズ性の高い差動方式のインタフェースを用い、また前記Ｒ／Ｄ変換手段−シリアルインタフェース間の伝送経路に差動方式のケーブルを用いることで、より耐ノイズ性を向上させることを特徴とする、請求項５に記載の耐ノイズ性向上方法。
7. 前記Ｒ／Ｄ変換手段はＲ／Ｄ変換ボードか、またはこれを筐体に収容してなるＲ／Ｄ変換ユニットであることを特徴とする、請求項５または６に記載の耐ノイズ性向上方法。
   

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