JPH05268790A - エンコーダ信号の伝送方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 モータの回転中にも磁極位置信号の読み出し
を可能とし、適用範囲が制限されないようにする。 【構成】 通常はエンコーダ１から制御器２に対し、モ
ータの磁極位置を検出するための第１の信号ＰＰ（Ｕ
相，Ｖ相，Ｗ相信号），モータの回転速度および回転方
向を検出するための信号と原点信号を含む第２の信号Ｉ
Ｎ（Ａ相，Ｂ相，Ｚ相信号）のいずれかを選択的に伝送
し、この第１，第２信号の切り換え時に特定パターンの
３相信号ＰＡを伝送することにより、第１信号の初期設
定時にモータが大きく回転する場合でも磁極位置信号を
正しく把握し得るようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、サーボモータの速度
検出などに必要なＡ相，Ｂ相信号と、位置決めに必要と
なる原点信号、または永久磁石同期電動機をサーボモー
タとして適用する際に必要となる磁極位置信号などの各
種信号を出力するエンコーダから、サーボモータの制御
を行なうサーボコントローラへこれらの信号を伝送する
ための信号伝送方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４はこのような信号伝送方式の従来例
を示す構成図である。同図において、１は主としてスイ
ッチＳＷからなるデータセレクタ１１およびディレイ回
路１２等からなり、モータに取り付けられるパルスエン
コーダ、２は磁極位置検出回路２１を持ちモータの制御
を行なう制御器（コントローラ）である。データセレク
タ１１は、制御器２の電源投入後に一定の遅れ時間をも
って動作するディレイ回路１２から与えられる選択信号
ＳＥＬによりスイッチＳＷを切り換え、第１の出力信号
である磁極位置信号ＰＰまたは第２の出力信号であるイ
ンクリメンタル信号ＩＮのいずれか一方を選択して出力
する。したがって、エンコーダ１の出力信号は３相（１
信号線の本数は信号の伝送方式によって異なり、オープ
ンコレクタ方式では１相当たり１本、ラインドライバな
どを用いる差動方式では１相当たり２本となる）で構成
されている。

【０００３】ここで、図４の動作について、図５を参照
して説明する。まず、制御器２の電源投入時（図５
（イ）の時刻ｔ１参照、ただしこの時点ではモータ電源
は投入されておらず、モータは回転していないものとす
る）には、選択信号ＳＥＬによりスイッチＳＷを図４の
上側にして磁極位置信号ＰＰ（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相信号）
を選択し、時刻ｔ２でこのときの信号Ｕ，Ｖ，Ｗの状態
パターン（図５（ホ）参照）をラッチする。そして、こ
の状態パターンから磁極位置を推定し、図示されないカ
ウンタの初期値をセットする（図５（ヘ）参照）。例え
ば、この時刻ｔ２においては信号Ｕ，Ｖ，Ｗの値はそれ
ぞれ「Ｈ」，「Ｌ」，「Ｈ」であることから、この状態
パターンに対応する磁極位置は、Ｕ相の磁極検出信号の
電気角０度〜６０度の範囲に存在することになるが、こ
こでは、その中心である電気角３０度の位置にあるもの
と仮定（推定）して初期値をセットすることとする。

【０００４】次に、時刻ｔ３において図５（ロ），
（ハ）のようにモータ電源が投入されると同時に、選択
信号ＳＥＬによりスイッチＳＷをインクリメンタル信号
ＩＮ（Ａ相，Ｂ相，Ｚ相信号）を選択する側に切り換え
る。そして、前記図示されないカウンタによりＡ相，Ｂ
相信号パルスを図５（ヘ）のように計数し、このカウン
タの出力値をアドレスとして図示されないＲＯＭ等に記
憶している磁極位置パターンを読出し、Ｕ，Ｖ，Ｗ相に
対応する磁極位置信号ＤＰを図５（ト）のように出力す
る。この信号を受けた制御器２側の磁極検出回路２１で
は、その磁極位置の演算を、信号Ｕ，Ｖ，Ｗによるカウ
ンタ初期値は電気角の６０度区間を同じ領域として捉
え、検出した磁極位置を６０度区間の中央と推定して演
算している。このため、推定した磁極位置と真の磁極位
置との間には、最大角±３０度（ここでの、力率は０．
８７）の誤差が生じることになる。この誤差は高い制御
精度が要求されない場合は無視することができるが、高
精度の制御が要求される場合は補正することが必要とな
る。

【０００５】上記の補正に当たっては、モータの始動後
の１回転以内に検出されるエンコーダ出力信号Ｚが用い
られる。すなわち、図５の例では時刻ｔ４に示すよう
に、信号ＺがＵ相の正しい磁極位置信号ＤＰの電気角０
度の位置で出力されるようにエンコーダ１を構成してお
けば、リセットされたカウンタの初期値は図５（ヘ）に
示すように０とすることができる。したがって、時刻ｔ
４以降は、信号Ｚを検出する毎にこのカウンタを０リセ
ットする動作を繰り返し、このカウンタによる信号Ａ，
Ｂの計数出力を上記と同様磁極位置パターンの読出しに
利用することで、常に誤差のない磁極検出信号ＤＰを得
ることが可能となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、図４に
示すものでは、時刻ｔ２において制御器２側でエンコー
ダ出力信号Ｕ，Ｖ，Ｗの状態パターンをラッチした後、
時刻ｔ３においてエンコーダ１側で選択信号ＳＥＬを、
エンコーダ出力信号Ａ，Ｂ，Ｚを選択する側に切り換え
るので、時刻ｔ２からｔ３までの間にモータが回転する
と、時刻ｔ２からｔ３までの時間のエンコーダ出力信号
Ａ，Ｂをカウントできないため、検出した磁極位置には
回転量に応じた誤差を持つことになる。この誤差を実用
上問題のない範囲に抑えるには、時刻ｔ２からｔ３まで
の時間にモータの回転によって変化する角度を充分小さ
くすることが必要であるが、制御器２側で時刻ｔ３を正
確に把握することが困難であるため、時刻ｔ２からｔ３
までの時間を充分小さくすることができず、特にモータ
が高速で回転している場合には、その期間での角度変化
が大きくなってしまう。したがって、図４に示すもの
は、時刻ｔ２からｔ３までの時間に、モータが大きく回
転してしまうことのある用途には適用できず、適用範囲
が制限されるという問題がある。したがって、この発明
の課題は磁極位置信号を正しく把握し得るようにし、そ
の適用範囲が制限を受けないようにすることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るため、この発明では、モータの回転軸に結合されその
磁極位置を検出するための３相の信号を第１信号として
出力するとともに、前記モータの回転速度および回転方
向を検出するための２相の信号と原点信号とを第２信号
として出力するエンコーダから、前記モータを制御する
コントローラへ第１，第２信号を伝送するに当たり、前
記第１信号，第２信号のいずれか一方を選択する選択手
段を設けて通常は第１信号，第２信号のいずれか一方を
伝送するとともに、特定パターンの３相信号を出力する
信号送出手段を設け、この信号送出手段により前記第１
信号，第２信号の切り換え時に、特定パターンの３相信
号を伝送可能にしたことを特徴としている。また、前記
コントローラは、エンコーダからの特定パターンの３相
信号が一定時間を経過しても受信できないときは、エン
コーダは故障しているものと判断することができ、さら
に前記エンコーダは特定パターンの３相信号を送信した
後に、この３相信号を１相ずつまたは２相ずつ特定の順
序で変化させて送信する一方、前記コントローラでその
順序を監視することにより、エンコーダとコントローラ
間の誤配線の有無を判断可能にすることができる。さら
には、前記第１信号，第２信号の切り換え，エンコーダ
の故障の判断または誤配線の有無の判断を、前記コント
ローラから送信する電源電圧信号にもとづき実行するこ
とができる。

【０００８】

【作用】第１の出力信号と第２の出力信号の切り換え時
に、エンコーダから特定パターンの３相信号を送信する
ことにより、制御器側で時刻ｔ３を確認しこの時刻ｔ３
の直前を時刻ｔ２とすることにより、時刻ｔ２からｔ３
までの時間を短縮し得るようにする。これにより、エン
コーダ出力信号Ａ，Ｂをカウントできないことによって
生じる磁極位置の誤差を、実用上問題のない範囲に抑え
ることができるため、時刻ｔ２からｔ３までの間にもモ
ータの回転を許すことができ、この間にモータが大きく
回転してしまうことのある用途にも適用することが可能
となる。また、エンコーダの電源電圧を可変とすること
により、その操作性を向上させることができる。

【０００９】

【実施例】図１はこの発明の実施例を示す構成図、図２
はその動作を説明するための各部波形図である。図１に
示すように、この実施例はデータセレクタ１１にスイッ
チＳＷ１，ＳＷ２を設け、ディレイ回路１２からは選択
信号ＳＥＬ１，ＳＥＬ２を出力し、スイッチＳＷ１，Ｓ
Ｗ２の切り換えを行なうようにして構成される。つま
り、データセレクタ１１はディレイ回路１２から与えら
れる選択信号ＳＥＬ１，ＳＥＬ２により、磁極位置信号
ＰＰ，インクリメンタル信号ＩＮまたは特定のパターン
の３相信号のいずれかを選択して出力し、ディレイ回路
１２はエンコーダ電源投入後の一定時間経過後に（図２
の時刻ｔ３，ｔ５参照）、選択信号ＳＥＬ１，ＳＥＬ２
の論理状態を変化させる。なお、磁極位置信号はここで
は全信号が同時には「Ｈ」または「Ｌ」とならないよう
な信号とする。

【００１０】図１の動作について、図２を参照して説明
する。まず、制御器２は時刻ｔ１においてスイッチ２２
をオンさせ、エンコーダ１に電源を供給する（図２
（イ）の時刻ｔ１参照、ただし、この時点ではモータ電
源は投入されていないが、モータは外力等により回転し
ていても構わない）。このとき、選択信号ＳＥＬ１，Ｓ
ＥＬ２を信号Ｕ，Ｖ，Ｗを選択する側に論理を決めてお
けば、データセレクタ１１は信号Ｕ，Ｖ，Ｗを出力す
る。次に、時刻ｔ３において、選択信号ＳＥＬ１，ＳＥ
Ｌ２を特定のパターンの３相信号（図２では全信号とも
「Ｌ」の信号としている）を選択するように、その論理
を決めておくことにより、データセレクタ１１は特定の
パターンの３相信号を出力する。次の時刻ｔ５では、選
択信号ＳＥＬ１，ＳＥＬ２によりエンコーダ出力信号
Ａ，Ｂ，Ｚを選択するようにしておけば、データセレク
タ１１からは信号Ａ，Ｂ，Ｚを得ることができる。

【００１１】制御器２の磁極検出回路２１では、時刻ｔ
３においてエンコーダ１から送信される信号が、全信号
とも「Ｌ」となったら時刻ｔ３の直前の時刻ｔ２での
Ｕ，Ｖ，Ｗの状態パターンをラッチし、この状態パター
ンから磁極位置を推定し、この値を図示されないカウン
タに初期値としてセットする。例えば、時刻ｔ２では信
号Ｕ，Ｖ，Ｗの値はそれぞれ「Ｈ」，「Ｌ」，「Ｈ」で
あることから、この状態パターンに対応する磁極位置
は、Ｕ相の磁極検出信号の電気角０度〜６０度の範囲に
存在することになるが、ここでも図４の場合と同じく、
その中心である電気角３０度の位置にあるものと仮定
（推定）して初期値をセットすることとする。そして、
時刻ｔ５において、図２（ロ）のように制御器２がモー
タ電源を投入した後は、前記カウンタによって信号Ａ，
Ｂのパルスを計数し、このカウンタの出力値をアドレス
として図示されないＲＯＭ等に記憶している磁極位置パ
ターンを読出し、Ｕ，Ｖ，Ｗ相に対応する磁極位置信号
ＤＰを図２（ト）のように出力する。なお、図２（ヘ）
のカウンタ値はカウンタの初期値を含むこのカウンタの
計数値を示している。また、時刻ｔ３が過ぎても全信号
が「Ｌ」にならない場合は、エンコーダ１に異常がある
ものと判断することとする。

【００１２】磁極検出回路２１での磁極位置の演算も上
記と同じく、信号Ｕ，Ｖ，Ｗによるカウンタ初期値は電
気角の６０度区間を同じ領域として捉え、検出した磁極
位置を６０度区間の中央と仮定して演算している。この
ため、仮定した磁極位置と真の磁極位置との間には、最
大角±３０度（ここでの、力率は０．８７）の誤差が生
じることになる。この誤差は高い制御精度が要求されな
い場合は無視することができるが、高精度の制御が要求
される場合は補正することが必要となる。そこで、この
補正に当たってもモータの始動後の１回転以内に検出さ
れるエンコーダ出力信号Ｚを用い、この信号Ｚの存在す
る電気角位置に対応する計数値とするのは従来例と同様
とする。

【００１３】また、時刻ｔ２から時刻ｔ５までの信号
Ａ，Ｂはカウントされないため、推定した磁極位置と真
の磁極位置との間の誤差がさらに大きくなる可能性があ
るが、ここでは制御器２が時刻ｔ３を正確に把握できる
ので、時刻ｔ３から時刻ｔ５までの時間を短くすること
ができ、両者の誤差を実用上問題のない値に抑えること
が可能となる。例えば、時刻ｔ３から時刻ｔ５までの時
間を１０μｓとし、６極のモータが３０００ｒｐｍで回
転している場合で約０．５度、さらに誤差が増すだけで
ある。したがって、時刻ｔ２から時刻ｔ５までに生じる
誤差は充分に小さいといえる。さらに、上述のように、
推定した磁極位置と真の磁極位置との間の誤差は信号Ｚ
により補正されるので、時刻ｔ２から時刻ｔ５までの信
号Ａ，Ｂをカウントしないで推定した磁極位置と真の磁
極位置との間の誤差を生じている期間は短く、実用上は
全く問題にならないものである。また、時刻ｔ３の寸前
の時刻ｔ２で信号Ｕ，Ｖ，Ｗの状態パターンをラッチす
るに当たっては、例えば、１ＭＨｚ程度のクロックを用
いてエンコーダ１から送信される信号をサンプリングし
ながら、その１回前のサンプリング信号を保持してお
き、全信号とも「Ｈ」または「Ｌ」となった時点の１回
前の信号をＵ，Ｖ，Ｗ信号としてラッチするようにして
いる。

【００１４】図３はこの発明の他の実施例を説明するた
めの波形図である。構成は図１と同様であるが、図１に
示す信号ＰＡの代わりに、特定パターンの３相信号に引
き続き、１相ずつ特定の順序で変化して行くチェック信
号ＣＨを用いる点で若干異なっているが、その他は全く
同様である。したがって、時刻ｔ５までの動作は図２と
同じである。時刻ｔ５では、エンコーダ１はＷ／Ｚ相信
号のみ「Ｈ」として出力する。制御器２は図２の場合と
は異なり、この時点ではモータ電源は投入しない。次
に、エンコーダ１は時刻ｔ６において、信号Ｖ／Ｂを
「Ｈ」とする。これにより、制御器２では全信号とも
「Ｌ」となった後（時刻ｔ５）に、「Ｈ」となった信号
がＷ／Ｚ相信号でなければ、エンコーダ信号線に誤配線
があるものと判断する。さらに、全信号とも「Ｌ」とな
った後（時刻ｔ５）に、時刻ｔ６でＷ／Ｚ相信号が
「Ｈ」となり、しかる後に「Ｌ」から「Ｈ」に変わった
相がＶ／Ｂ相かどうかを監視し、Ｖ／Ｂ相でなければエ
ンコーダ信号線に誤配線があると判断する。されらの判
断で誤配線がないときは正常と判断し、制御器２は時刻
ｔ７で図３（ロ）のようにモータ電源を投入する。

【００１５】磁極検出回路２１は時刻ｔ３において、エ
ンコーダ１より送信される信号が全て「Ｌ」となったこ
とを検出すると、時刻ｔ３の直前の時刻ｔ２での信号
Ｕ，Ｖ，Ｗの状態パターンをラッチし、この状態パター
ンから磁極位置を推定し、図示されないカウンタの初期
値をセットするのは上記実施例と同様である。また、こ
こでは時刻ｔ２からｔ７までの信号Ａ，Ｂはカウントさ
れないため、推定した磁極位置と真の磁極位置との間の
誤差が大きくなる可能性があるが、制御器２側で時刻ｔ
３を正確に把握できるので、時刻ｔ３からｔ７までの時
間を短くすることができ、上記誤差を実用上全く問題の
ない値に抑えることができる。さらに、この実施例の場
合制御器２が時刻ｔ７を正確に把握することが難しく、
モータ電源投入後も信号Ａ，Ｂ，Ｚが受信できないとい
う問題が残るが、時刻ｔ２からｔ７までの時間を極めて
小さくできるので、実用上の問題はないものである。

【００１６】図１のスイッチ２２は上記ではエンコーダ
電源投入用として説明したが、このスイッチ２２により
電源電圧を可変にし得るように構成するとともに、エン
コーダ１側にその電圧変化を検出する検出手段を設ける
ことにより、上記第１の出力信号（Ｕ，Ｖ，Ｗ信号）と
第２の出力信号（Ａ，Ｂ，Ｚ信号）の切り換え，エンコ
ーダの故障判断または誤配線の有無の判断等を実行する
ための信号として用いることが可能である。以上、いず
れの実施例とも制御器をハード構成としているが、これ
をソフト的に構成することも可能なことはいうまでもな
い。

【００１７】

【発明の効果】この発明によれば、エンコーダから、第
１の出力信号と第２の出力信号を切り換える際に、特定
パターンの３相信号を出力するようにしたので、制御器
においてエンコーダから送信される第１の出力信号で定
まる初期値の設定時に、モータが大きく回転してしまう
ことのある用途にも適用することが可能となる。また、
一定の期間を経過しても、上記特定パターンの３相信号
を受信できないときはエンコーダ側の故障と判断するこ
とにすれば、エンコーダ側の故障を検出できるようにな
る。さらに、上記特定パターンの３相信号をエンコーダ
が送信した後に、３相の出力信号を１組ずつまたは２組
ずつ一定の順序で変化させて送信し、制御器側でその順
序を監視することにより、エンコーダ信号線の誤配線の
有無を判断するようにしたので、エンコーダ信号線の誤
配線の有無を検出することが可能となる。上記に加えて
エンコーダ電源電圧が変えられので、エンコーダに対す
るコントローラの操作性が向上するという利点もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例を示す構成図である。

【図２】図１の動作を説明するための波形図である。

【図３】この発明の他の実施例を説明するための波形図
である。

【図４】従来例を示す構成図である。

【図５】図４の動作を説明するための波形図である。

【符号の説明】

１…エンコーダ、２…制御器（コントローラ）、１１…
データセレクタ、１２…ディレイ回路、２１…磁極検出
回路、２２，ＳＷ，ＳＷ１，ＳＷ２…スイッチ、ＳＥ
Ｌ，ＳＥＬ１，ＳＥＬ２…選択信号。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータの回転軸に結合されその磁極位置
   を検出するための３相の信号を第１信号として出力する
   とともに、前記モータの回転速度および回転方向を検出
   するための２相の信号と原点信号とを第２信号として出
   力するエンコーダから、前記モータを制御するコントロ
   ーラへ第１，第２信号を伝送するに当たり、 前記第１信号，第２信号のいずれか一方を選択する選択
   手段を設けて通常は第１信号，第２信号のいずれか一方
   を伝送するとともに、特定パターンの３相信号を出力す
   る信号送出手段を設け、この信号送出手段により前記第
   １信号，第２信号の切り換え時に、特定パターンの３相
   信号を伝送可能にしてなることを特徴とするエンコーダ
   信号の伝送方法。
2. 【請求項２】 前記第１信号，第２信号の切り換えを、
   前記コントローラから所定の電源電圧信号を受けて実行
   することを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ信号
   の伝送方法。
3. 【請求項３】 前記コントローラは、エンコーダから特
   定パターンの３相信号が一定時間を経過しても受信でき
   ないときは、エンコーダは故障しているものと判断する
   ことを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ信号の伝
   送方法。
4. 【請求項４】 前記エンコーダ故障の判断を、前記コン
   トローラから所定の電源電圧信号を送信して実行するこ
   とを特徴とする請求項３に記載のエンコーダ信号の伝送
   方法。
5. 【請求項５】 前記エンコーダは特定パターンの３相信
   号を送信した後に、この３相信号を１相ずつまたは２相
   ずつ特定の順序で変化させて送信する一方、前記コント
   ローラでその順序を監視することにより、エンコーダと
   コントローラ間の誤配線の有無を判断可能にしてなるこ
   とを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ信号の伝送
   方法。
6. 【請求項６】 前記誤配線の有無の判断を、前記コント
   ローラから所定の電源電圧信号を送信して実行すること
   を特徴とする請求項５に記載のエンコーダ信号の伝送方
   法。