JP3857425B2

JP3857425B2 - サーボモータの減磁検査方法

Info

Publication number: JP3857425B2
Application number: JP20226698A
Authority: JP
Inventors: 久也大岩
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1998-07-16
Filing date: 1998-07-16
Publication date: 2006-12-13
Anticipated expiration: 2018-07-16
Also published as: JP2000035370A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、サーボモータに用いられる永久磁石の減磁を容易且つ短時間に検査することが可能なサーボモータの減磁検査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、サーボモータとして構成される電磁力モータには、固定子（ステータ）または回転子｛ロータ（回転型サーボモータの場合）｝、摺動子｛スライダ（リニアサーボモータの場合）｝、若しくは振動子｛バイブレータ（振動型サーボモータの場合）｝に永久磁石が広範に用いられている。
【０００３】
ところで、永久磁石には、温度、湿度、衝撃等の外的要因により磁力の低下（減磁）が生じる場合がある。例えば、回転型サーボモータにおいては、減磁が生じると該サーボモータのトルク定数が低下するため、任意のトルク電流に対する所望のトルクが得られなくなる。このような減磁を検査する従来例に係る方法として、以下に示す技術が用いられている。
【０００４】
すなわち、サーボモータに対して位置制御または速度制御を行う場合、減磁の影響が、位置指令または速度指令に対する追従異常という形で現れることを利用して減磁の検査を行う技術である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の技術では、位置指令または速度指令に対する追従異常に基づいて減磁の検査を行うため、サーボモータに対してトルク制御を行う場合にはこの技術を適用することができない。
【０００６】
この発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、サーボモータに対する減磁の検査を容易且つ短時間に行うことを可能とするサーボモータの減磁検査方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明では、サーボモータの回転子の回転角度に基づいて前記永久磁石の位置を検出し、前記サーボモータに供給されるトルク電流値、該サーボモータに発生する摩擦力及び該サーボモータの加速度を求め、これらのトルク電流値、摩擦力及び加速度、並びに該サーボモータに固有の値として既定されているトルク定数から該サーボモータの算出イナーシャを得る工程と、得られた算出イナーシャと前記サーボモータに固有の値として既定されている既定イナーシャとを検出した前記永久磁石の位置ごとに比較し、減磁が生じている前記永久磁石の位置を特定する工程とを経て、前記サーボモータに用いられる永久磁石の減磁を検査するようにしている。
【０００８】
この場合、前記トルク電流値、摩擦力及び加速度は、サーボモータを任意の速度計画またはトルク計画に基づいて駆動しながら計算によって求めることができるため、減磁の検査を容易且つ短時間に行うことが可能である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１０】
まず、この発明の一実施の形態が適用されたサーボモータ駆動システム１０について、図１を参照して説明する。
【００１１】
このサーボモータ駆動システム１０は、基本的には、サーボモータ２０と、このサーボモータ２０を駆動制御するとともに減磁検査装置として機能する制御装置４０とから構成されている。なお、このサーボモータ駆動システム１０では、サーボモータ２０としてＡＣサーボモータを用いている。
【００１２】
ここで、サーボモータ２０は、基本的には、回転軸２１を有する回転子２２と、この回転子２２を取り囲むように配された固定子３０とから構成されている。
【００１３】
回転子２２は、９０°間隔で配された４つの磁石２４ａ〜２４ｄを有する。具体的には、前記磁石２４ａ〜２４ｄは、その外側（固定子３０側）の端部が回転子２２の回転方向に対して互いに９０°ずつ離れるとともに、該外側の端部が交互にＮ極、Ｓ極、Ｎ極、Ｓ極となるように配されている。実際には、磁石２４ａ、２４ｃの外側の端部がＮ極となり、磁石２４ｂ、２４ｄの外側の端部がＳ極となる。回転子２２の回転軸２１には、該回転子２２の回転角度、言い換えれば、前記磁石２４ａ〜２４ｄの位置（磁極位置Ｐｍ）を検出する磁極位置検出器（エンコーダ、レゾルバ等）２６が取り付けられている。
【００１４】
サーボモータ２０の固定子３０は、１２０°間隔で配された３つのコイル３２ｕ、３２ｖ、３２ｗを有する。これらのコイル３２ｕ、３２ｖ、３２ｗは、ケーブル３４ｕ、３４ｖ、３４ｗを介して後述するインバータ４６と接続されており、該インバータ４６から前記コイル３２ｕ、３２ｖ、３２ｗに対して、それぞれ、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の交流電流が供給される。また、ケーブル３４ｕ、３４ｖには、それぞれ、電流センサ３８ｕ、３８ｖが取り付けられており、これらの電流センサ３８ｕ、３８ｖによって、前記ケーブル３４ｕ、３４ｖを介して前記インバータ４６からコイル３２ｕ、３２ｖに供給されるＵ相及びＶ相の交流電流の電流値Ｉｕ及びＩｖが検出される。Ｗ相の交流電流の電流値Ｉｗは、前記電流値Ｉｕ及びＩｖから求められる。さらに、サーボモータ２０に発生するトルクを示すトルク電流値Ｉは、前記電流値Ｉｕ、Ｉｖ及びＩｗから求められる。
【００１５】
一方、制御装置４０は、前記磁極位置検出器２６からの磁極位置Ｐｍと、前記電流センサ３８ｕ、３８ｖからの電流値Ｉｕ及びＩｖとに基づいて、サーボモータ２０に発生させるトルクの大きさを決定する電流指令値Ｉ０を求めるコントローラ４２と、このコントローラ４２からの電流指令値Ｉ０と前記磁極位置検出器２６からの磁極位置Ｐｍとに基づいて、パルス列を有する交流電流信号Ｓｐを出力するＰＷＭ発生回路４４と、このＰＷＭ発生回路４４からの交流電流信号Ｓｐに基づく三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の交流電流を前記コイル３２ｕ、３２ｖ、３２ｗに供給するインバータ４６とを有する。
【００１６】
次に、サーボモータ駆動システム１０の動作について説明する。
【００１７】
コントローラ４２は、磁極位置検出器２６からの磁極位置Ｐｍと、電流センサ３８ｕ、３８ｖからの電流値Ｉｕ及びＩｖとに基づいて、電流指令値Ｉ０を求める。ＰＷＭ発生回路４４は、前記コントローラ４２からの電流指令値Ｉ０と前記磁極位置検出器２６からの磁極位置Ｐｍとに基づいて、パルス列を有する交流電流信号Ｓｐを出力する。インバータ４６は、前記ＰＷＭ発生回路４４からの交流電流信号Ｓｐに基づく三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の交流電流をコイル３２ｕ、３２ｖ、３２ｗに供給する。サーボモータ２０の回転子２２は、前記三相の交流電流の電流値に基づくトルクを発生して回転する。
【００１８】
次に、サーボモータ２０の減磁の検査方法について、図２Ａ〜図４を参照して説明する。
【００１９】
本実施の形態では、サーボモータ２０を所定の速度計画またはトルク計画に基づいて駆動し、その際に該サーボモータ２０のイナーシャ同定（イナーシャの算出）を行うことによって減磁の検査が行われる。
【００２０】
まず、次の（１）式で表されるサーボモータ２０の運動方程式を求める。
【００２１】
Ｋ×Ｉ−ｍ×α−μ（Ｖ）＝０ …（１）
ここで、ｍは回転子２２の実際のイナーシャである算出イナーシャ（以下、計算イナーシャとも記す。）である。また、Ｉはトルク電流値であり、電流センサ３８ｕ、３８ｖで検出される電流値Ｉｕ及びＩｖから求められる。さらに、μ（Ｖ）はフリクション（摩擦力）であり、回転速度Ｖの関数（例えば、一次関数）として近似される。この回転速度Ｖは、磁極位置検出器２６で検出される磁極位置Ｐｍを所定の微少時間により微分することによって求められる。さらにまた、αは回転子２２の加速度であり、前記回転速度Ｖをさらに所定の微少時間により微分することによって求められる。Ｋはトルク定数であり、サーボモータ２０に固有の値として既定されている。
【００２２】
前記（１）式を変形することによって、次の（２）式が得られる。
【００２３】
ｍ＝｛Ｋ×Ｉ−μ（Ｖ）｝／α …（２）
ここで、トルク電流値Ｉ、フリクションμ（Ｖ）、及び加速度αは上記のように計算によって求めることができ、トルク定数Ｋは既定値であるため、計算イナーシャｍは、前記トルク電流値Ｉ、フリクションμ（Ｖ）、加速度α及びトルク定数Ｋを前記（２）式に代入することによって得られる。ただし、サーボモータ２０の回転子２２の回転軸２１に図示しない負荷が連結されている場合、この負荷も含めて計算イナーシャｍを求めるようにしてもよい。
【００２４】
次に、サーボモータ２０の位置制御または速度制御が行われる場合における減磁検査用の速度計画の一例を図２Ａに示す。
【００２５】
この速度計画では、サーボモータ２０の回転子２２の回転速度（角速度）Ｖは、時点ｔ０からｔ１の期間では０から＋Ｖ１まで直線的に増加し、時点ｔ１からｔ２の期間では＋Ｖ１から０まで直線的に減少し、時点ｔ２からｔ３の期間では０から−Ｖ１まで直線的に減少し、時点ｔ３からｔ４の期間では−Ｖ１から０まで直線的に増加し、時点ｔ４からｔ５の期間では０から＋Ｖ１まで直線的に増加し、時点ｔ５からｔ６の期間では＋Ｖ１から０まで直線的に減少する、のこぎり波状の速度計画としている。
【００２６】
この場合、回転子２２の加速度（角加速度）αは、図２Ｂに示すように、時点ｔ０からｔ１の期間では＋α１となり、時点ｔ１からｔ３の期間では−α１となり、時点ｔ３からｔ５の期間では＋α１となり、時点ｔ５からｔ６の期間では−α１となる。ただし、前記各期間の時間ΔＴは同じであるものとする。
【００２７】
このような速度計画に基づいてサーボモータ２０を駆動した場合、該サーボモータ２０の回転子２２は、時点ｔ０からｔ２の期間では一方向（正方向）に所定角度θ回転し、時点ｔ２からｔ４の期間では他方向（負方向）に所定角度θ回転して元の位置（時点ｔ０における位置）に戻る。そして、時点ｔ４からｔ６の期間では前記時点ｔ０からｔ２の期間と同様に正方向に所定角度θ回転して停止する。以上の時点ｔ０からｔ６の期間における動作を時点ｔ６以降も繰り返し行うことによって、回転子２２は所定角度θ毎に正逆転を繰り返しながら正方向に回転していく。
【００２８】
ところで、図２Ｂに示すような加速度αを得ようとする場合、サーボモータ２０の回転子２２には、前記加速度αに比例するトルク電流値Ｉの交流電流が供給される。即ち、トルク電流値Ｉは、図２Ｃに示すように、時点ｔ０からｔ１の期間では略＋Ｉ１となり、時点ｔ１からｔ３の期間では略−Ｉ１となり、時点ｔ３からｔ５の期間では略＋Ｉ１となり、時点ｔ５からｔ６の期間では略−Ｉ１となる。
【００２９】
ここで、回転子２２の磁石２４ａ〜２４ｄの一部分に減磁が生じている場合、前記トルク電流値Ｉには、図２Ｃに示すように、該トルク電流値Ｉ（この場合、＋Ｉ１または−Ｉ１）の絶対値が大きくなる方向に、大きさＩｐ１のピークＰ１が生じる。このように、トルク電流値Ｉの絶対値が大きくなる方向にピークＰ１が生じるのは、磁石２４ａ〜２４ｄに減磁が生じている場合、所望の回転速度Ｖを得るために通常より多くのトルク電流値Ｉを要するためである。また、図２Ｃに示すように、ピークＰ１が離散的な磁極位置Ｐｍに生じるのは、各磁石２４ａ〜２４ｄに加わるトルクの大きさが、該磁石２４ａ〜２４ｄとコイル３２ｕ、３２ｖ、３２ｗとの位置関係、即ち、回転子２２の磁極位置Ｐｍに応じて変化するためである。
【００３０】
図２Ｃ中、トルク電流値ＩにピークＰ１が生じていない時間領域において、前記（２）式に基づいて求められる計算イナーシャｍは、サーボモータ２０に固有の値として既定されているイナーシャ（既定イナーシャと記す）ｍ０と同値となる。ただし、計算イナーシャｍが、連結された負荷を含めて求められている場合、この既定イナーシャｍ０も前記負荷を考慮して設定される。
【００３１】
一方、ピークＰ１が生じている時間領域においては、トルク電流値Ｉが他の時間領域に対して大きな値となるため、計算イナーシャｍも既定イナーシャｍ０に対して大きな値となる。従って、各磁極位置Ｐｍにおいて計算イナーシャｍと既定イナーシャｍ０との比較を行うことによって減磁の検査を行うことができる。
【００３２】
実際には、図２Ａに示す速度計画に基づいてサーボモータ２０の回転子２２を回転させながら、各磁極位置Ｐｍ毎に計算イナーシャｍを求める。この場合、時点ｔ０からｔ４の期間における動作を複数回繰り返しながら各磁極位置Ｐｍにおける計算イナーシャｍを複数回算出し、これらを平均したものを既定イナーシャｍ０と比較するようにしてもよい。
【００３３】
続いて、各磁極位置Ｐｍ毎に計算イナーシャｍと既定イナーシャｍ０との比較を行い、減磁の影響が生じている磁極位置Ｐｍを特定する。この場合、計算イナーシャｍを求め、これと既定イナーシャｍ０とを比較することによって減磁の影響が生じている磁極位置Ｐｍを特定する一連の処理を複数回行い、各磁極位置Ｐｍにおいて減磁の影響が生じる確率を求め、この確率に基づいて減磁の有無を判断するようにしてもよい。
【００３４】
一方、サーボモータ２０のトルク制御が行われる場合のトルク計画の一例を図３Ａに示す。この場合、このトルク計画は、実際にはトルク電流値Ｉで設定される。
【００３５】
前記トルク計画では、サーボモータ２０のコイル３２ｕ、３２ｖ、３２ｗに供給されるトルク電流値Ｉは、時点ｔ１０からｔ１１の期間では＋Ｉ２であり、時点ｔ１１からｔ１２及び時点ｔ１２からｔ１３の期間では−Ｉ２であり、時点ｔ１３からｔ１４及び時点ｔ１４からｔ１５の期間では＋Ｉ２であり、時点ｔ１５からｔ１６の期間では−Ｉ２である。
【００３６】
この場合、サーボモータ２０の回転子２２の加速度αは前記トルク電流値Ｉに比例するため、図３Ｂに示すように、時点ｔ１０からｔ１１の期間では略＋α２となり、時点ｔ１１からｔ１３の期間では略−α２となり、時点ｔ１３からｔ１５の期間では略＋α２となり、時点ｔ１５からｔ１６の期間では−α２となる。
【００３７】
ところで、回転子２２の磁石２４ａ〜２４ｄに減磁が生じている場合、前記加速度αには、図３Ｂに示すように、加速度α（この場合、＋α２または−α２）の絶対値が小さくなる方向に、大きさαｐ２のピークＰ２が生じる。このように、加速度αの絶対値が小さくなる方向にピークＰ２が生じるのは、磁石２４ａ〜２４ｄに減磁が生じている場合、前記トルク電流値Ｉに対して所望のトルクが得られないためである。
【００３８】
図３Ｂ中、加速度αにピークＰ２が生じていない時間領域において、前記（２）式に基づいて求められる計算イナーシャｍは、既定イナーシャｍ０と同値となる。一方、ピークＰ２が生じている時間領域においては、加速度αが他の時間領域に対して小さな値となるため、計算イナーシャｍは既定イナーシャｍ０に対して大きな値となる。従って、各磁極位置Ｐｍにおいて計算イナーシャｍと既定イナーシャｍ０との比較を行うことによって減磁の検査を行うことができる。
【００３９】
次に、サーボモータ２０に対して位置制御を行いながら減磁の検査を行う際にコントローラ４２で行われる処理動作の一例を、図４のフローチャートを参照して説明する。
【００４０】
ここで、以下のステップＳ１〜Ｓ７の処理動作は、図示しない入力装置に対して検査モードが選択されることによって開始されるものとする。
【００４１】
まず、コントローラ４２において、位置指令に基づいて速度計画がたてられ（図２Ａ参照）、この速度計画に基づいて求められたトルク電流値Ｉ（図２Ｃ参照）がサーボモータ２０に供給されることによって該サーボモータ２０の駆動が開始される（ステップＳ１）。
【００４２】
続いて、図２Ａ中、時点ｔ０からｔ４の期間における動作が複数回繰り返し行われ、回転子２２が所定角度θ（例えば、４５°）の間を複数回正逆転する。このとき、前記（２）式に基づいて各磁極位置Ｐｍ毎の計算イナーシャｍが求められる（ステップＳ２）。各磁極位置Ｐｍ毎の計算イナーシャｍが所定回数（例えば、１０回）ずつ求められると（ステップＳ３）、図２Ａ中、時点ｔ４からｔ６の期間における動作が行われ、回転子２２が所定角度θだけ正方向に回転して停止する（ステップＳ４）。これによって、計算イナーシャｍを求める磁極位置Ｐｍが更新される。
【００４３】
そして、前記ステップＳ２〜Ｓ４の処理が順次行われ、回転子２２の全磁極位置Ｐｍにおける計算イナーシャｍが得られると、サーボモータ２０の駆動が停止される（ステップＳ５）。
【００４４】
次に、各磁極位置Ｐｍ毎に計算イナーシャｍの平均を求め（ステップＳ６）、これらをそれぞれ既定イナーシャｍ０と比較することによって、磁石２４ａ〜２４ｄに減磁が生じているか否かの判定が行われる（ステップＳ７）。ここで、前記ステップＳ６において、全ての磁極位置Ｐｍにおける計算イナーシャｍの総平均を求め、前記ステップＳ７において、これと既定イナーシャｍ０とを比較するようにしてもよい。
【００４５】
このように、本実施の形態においては、電流センサ３８ｕ、３８ｖで検出される電流値Ｉｕ及びＩｖから求められるトルク電流値Ｉと、磁極位置検出器２６で検出される磁極位置Ｐｍを微分することによって求められる回転速度Ｖの関数として計算されるフリクションμ（Ｖ）と、前記回転速度Ｖを微分することによって求められる回転子２２の加速度αと、サーボモータ２０に固有の値として既定されているトルク定数Ｋとから前記回転子２２の計算イナーシャｍを求め、この計算イナーシャｍを前記サーボモータ２０に固有の値として既定されている既定イナーシャｍ０と比較することによって減磁の検査が行われる。
【００４６】
この場合、前記トルク電流値Ｉ、フリクションμ（Ｖ）及び加速度αは、サーボモータ２０を任意の速度計画またはトルク計画に基づいて駆動しながら計算によって求めることができるため、磁石２４ａ〜２４ｄに減磁が生じているか否かの検査を容易且つ短時間に行うことが可能である。
【００４７】
なお、この発明は、上述の実施の形態に限らず、この発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、サーボモータに用いられる永久磁石の減磁を容易且つ短時間に検査することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施の形態が適用されたサーボモータ駆動システムの概略的構成を示すブロック図である。
【図２】図２Ａは、サーボモータの位置制御または速度制御が行われる場合における減磁検査用の速度計画を示すグラフであり、図２Ｂは、この速度計画に基づくサーボモータの加速度を示すグラフであり、図２Ｃは、この速度計画に基づくトルク電流値を示すグラフである。
【図３】図３Ａは、サーボモータのトルク制御が行われる場合における減磁検査用のトルク計画を示すグラフであり、図３Ｂは、このトルク計画に基づくサーボモータの加速度を示すグラフである。
【図４】サーボモータに対して位置制御を行いながら減磁の検査を行う際にコントローラで行われる処理動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０…サーボモータ駆動システム２０…サーボモータ
２２…回転子２４ａ〜２４ｄ…磁石
２６…磁極位置検出器３０…固定子
３２ｕ、３２ｖ、３２ｗ…コイル３４ｕ、３４ｖ、３４ｗ…ケーブル
３８ｕ、３８ｖ…電流センサ４０…制御装置
４２…コントローラ４４…ＰＷＭ発生回路
４６…インバータ

Claims

サーボモータに用いられる永久磁石の減磁を検査する方法であって、
前記サーボモータの回転子の回転角度に基づいて前記永久磁石の位置を検出する工程と、
前記サーボモータに供給されるトルク電流値、該サーボモータに発生する摩擦力及び該サーボモータの加速度を求め、これらのトルク電流値、摩擦力及び加速度、並びに該サーボモータに固有の値として既定されているトルク定数に基づき該サーボモータの算出イナーシャを得る工程と、
得られた算出イナーシャと前記サーボモータに固有の値として既定されている既定イナーシャとを検出した前記永久磁石の位置ごとに比較し、減磁が生じている前記永久磁石の位置を特定する工程と、
を含むことを特徴とするサーボモータの減磁検査方法。