JPH02264306A - モータ・ドライブ・システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明はモータと磁気レゾルバをロータどうしとステー
タどうしを結合して組合せ、磁気レゾルバの検出信号を
もとにモータの回転位置をフィードバック制御するモー
タ・ドライブ・システムに関するものである。

〈従来の技術〉 従来のモータ・ドライブ・システムとしては、インクリ
メンタル方式で位置制御を行うものがあった。

〈発明が解決しようとする課題〉 このようなシステムを用いてロボットアームを駆動する
場合には、アームの位置を確認するとき等にモータの絶
対回転位置を知りたい場合がある。

しかし、インクリメンタル方式の位置制御を行うシステ
ムに絶対位置サーボの機能を持たせようとすると構成が
複雑になるという問題点があった。

本発明はこのような問題点を解決するためになされたも
のであり、インクリメンタル方式のモータ・ドライブ・
システムに簡単な改良を施すことだけで絶対位置サーボ
としての機能も有するモータ・ドライブ・システムを実
現することを目的とする。

く課題を解決するための手段〉 本発明は、 （υモータと磁気レゾルバをロータどうしとステータど
うしを結合して組合せ、磁気レゾルバの検出信号をもと
にモータの回転位置をフィードバック制御するモータ・
ドライブ・システムにおいて、磁気レゾルバは、ロータ
が１回転する毎に検出信号の位相が０°から３６０°ま
で変化する１Ｘレゾルバとロータが１　／　ｎ回転する
毎に検出信号の位相が０°から３６０°まで変化するｎ
Ｘレゾルバ（ｎは整数）を組合わせたものであり、１Ｘ
レゾルバとｎＸレゾルバの検出信号を合成してモータの
絶対回転位置を検出する検出回路を具備したことを特徴
とするモータ・ドライブ・システム。

（り前記検出回路は、 前記１ＸレゾルバおよびｎＸレゾルバの検出信号の位相
をパルスでカウントする１ＸカウンタおよびｎＸカウン
タと− 前記１Ｘカウンタのカウントケら１　／　ｎ回転を分解
能としてモータの回転位置を検出し、前記ｎＸカウンタ
のカウントから検出した１　／　ｎ回転内におけるモー
タの回転位置を検出し、これらの検出値を合成してモー
タの絶対回転位置を求める合成回路と、 前記合成回路またはｎＸカウンタの出力を選択的に帰還
するスイッチと、 前記合成回路で求めた絶対回転位置を基準位置としてイ
ンクリメンタルな位置指令値を発生する位置指令部と、 モータが停止しているときは、前記スイッチに合成回路
の出力を帰還させるとともにこの出力を前記位置指令部
に与えて絶対回転位置を検出し、モータが回転している
ときは、前記スイッチにｎＸレゾルバの出力を帰還させ
、位置指令部が発生する位置指令値によりモータの回転
位置をインクリメンタル方式でフィードバック制御する
位置制御部、 を具備した請求項（１）記載のモータ・ドライブ・シス
テム。

（３）前記ｎＸレゾルバのロータの歯数は前記モータの
ロータの歯数と同数であってｎＸレゾルバの検出信号を
もとにモータを転流制御することを特徴とする請求項（
１）記載のモータ・ドライブ・システム く作用〉 このような本発明では、ｎＸレゾルバと１Ｘレゾルバを
それぞれモジュール化し、モータ・ドライブ・システム
がインクリメンタル方式だけのものでよい場合はｎＸレ
ゾルバのみを取付け、絶対回転位置の検出機能までも必
要な場合は第１ションとして１Ｘレゾルバを取付ける。

ｎＸレゾルバと１Ｘレゾルバを取付けた場合は、モータ
が停止時は、これらのレゾルバの検出信号を合成して絶
対回転位置を検出し、モータが回転しているときはｎＸ
レゾルバの検出信号を帰還してインクリメンタル方式で
モータの回転位置をフィードバック制御する。

〈実施例〉 以下、図面を用いて本発明を説明する。

第１図は本発明の一実施例の要部構成図であり、モータ
と磁気レゾルバの機構を示した断面図である。

図で、１はアウタロータ形のダイレクト・ドライブ・モ
ータ、２，３はモータ１の回転を検出する磁気レゾルバ
である。

モータ１で、１１はステータ、１２はロータ、１３はロ
ータ１２をステータ１１に回転可能に支持する軸受であ
る。

ステータ１１で、１１１は円筒状のステータフランジ、
１１２は非磁性体材料で構成されていてステータフラン
ジ１１１の外周面に固定されたシールドリング、１１３
はシールドリング１１２の外周面に固定されたステータ
コアである。１１４はステータコア１１３に巻かれたコ
イル、１１５はステータコア１１３のスタック間に挟み
込まれた永久磁石である。ステータコア１１３はコイル
１１４と永久磁石１１５が発生する磁界の磁気回路を構
成する。１１６はステータフランジ１１１が固定された
下部７ランジ、１１７は軸受１３を一端側から挟み込む
クランプである。

ロータ１２で、１２１は円筒状のロータフランジ、１２
２はロータフランジ１２１の内周面に固定されていてロ
ータの磁気回路を構成するロータコア、１２３と１２４
はロータフランジ１２１の両端が固定された上部フラン
ジと支持７ランジ、１２５は軸受１３を一端側から挟み
込むクランプである。

磁気レゾルバ２は、ステータ１１とロータ１２にそれぞ
れ一体に固定されたステータ部２１とロータ部２２から
なる。

ステータ部２１において、２１１は非磁性リング、２１
２は磁性材料を積層したコア、２１３は絶縁材料２１４
を介してコア２１２に巻かれたコイルである。非磁性リ
ング２１１とコア２１２は接着剤で互いに固定されてい
る。

ロータ部２２において、２２１は非磁性リング、２２２
は磁性材料を積層したコアで、これらもステータ部と同
様に接着剤で固定されている。

ｎＸレゾルバのロータに形成された歯の数はモータのロ
ータに形成された歯の数と同数になっている。

磁気レゾルバ３は、ステータ部２１とロータ部２２にそ
れぞれ一体に固定されたステータ部３１とロータ部３２
からなる。

ステータ部３１とロータ部３２は、設けられたコアは１
個ずつであるが、磁気レゾルバ２のステータ部とロータ
部と同様な構成になっている。ただ、ステータ部とロー
タ部に設けられた歯数は磁気レゾルバ２と異なる。

磁気レゾルバ２と、３は、ロータ部、ステータ部ともコ
ア先と非磁性リングは同心円上になるように加工されて
いる。

磁気レゾルバ２はモータ１が１　／　ｎ回転する毎に検
出信号の位相が０°から３６０°まで変化するｎＸレゾ
ルバ（ｎは整数）で、磁気レゾルバ３はモータ１が１回
転する毎に検出信号の位相が０°から３６０°まで変化
する１Ｘレゾルバである。

このため、磁気レゾルバ３は１　／　ｎ回転を分解能と
してモータの回転を検出し、磁気レゾルバ２は検出した
１　／　ｎ回転内でのモータの回転位置を検出する。

第２図は磁気レゾルバが組込まれる前の状態を示した分
解図である。

磁気レゾルバ２と３はモジュール化されていて、組立て
が完成した状態でアクチュエータに組込まれる０組込み
は、非磁性リング２１１と３１１がフランジ１１６に捩
合され、非磁性リング２２１と３２１がフランジ１２４
に収金され接着される、ことによって行なわれる。

磁気レゾルバは外部応力に弱いため、収金と接着を併用
して固定している。

モータ・ドライブ・システムがインクリメンタル方式だ
けのものでよい場合はｎＸレゾルバのみを取付け、絶対
回転位置の検出機能までも必要な場合はｎＸレゾルバの
他にオプションとして１ｘレゾルバを取付ける。

次に一二のような磁気レゾルバの検出信号を用いてモー
タを制御する制御回路の構成について説明する。第３図
で第１図と同一のものは同一符号を付ける。

第３図において、１０と１１はｎＸレゾルバと１ｘレゾ
ルバがそれぞれ接続されたレゾルバインタフェイス（以
下、インタフェイスをＩ／Ｆとする）、１２はレゾルバ
Ｉ／ＦＩＯからの信号をアナログ電圧の速度検出信号に
して帰還するＦ／Ｖ変換器、１３はｎＸレゾルバ２の励
磁信号５ＩＧＯと出力信号５ＩＧＩの位相差からｎＸレ
ゾルバの検出位相を計測するｎＸカウンタ、１４はレゾ
ルバＩ／Ｆｉｌから送られてくる１Ｘレゾルバ３の励磁
信号ＡＢＯと出力信号ＡＢＩの位相差から１ｘレゾルバ
３の検出位相を計測する１Ｘカウンタである。

１５はｎＸカウンタ１３と１Ｘカウンタ１４の計測値を
用いてモータ１の絶対回転位置を算出する合成回路、１
６はｎＸカウンタ１３または合成回路１５の出力を選択
的に位置検出信号として帰還させるスイッチである。

１７は合成回路１５で算出した絶対回転位置をＡ相パル
スとＢ相パルスまたはアップパルスとダウンパルスにし
て発生するパルス発生回路、１８はパルス発生回路１７
によって与えられた絶対回転位置を基準としてインクリ
メンタルな位置指令値の信号をアップ／ダウンパルスで
出力する位置指令コントローラである。

１９は指令位置コントローラ１８の出力パルスのパルス
数を積算する積算カウンタ、２０は位置指令値と位置帰
還値の偏差をとる減算器、２１は偏差をもとにモータ１
の回転位置をフィードバック制御する位置制御部、２２
は位置制御部２１の制御信号をデジタル／アナログ変換
（以下、Ｄ／Ａ変換とする）するＤ／Ａ変換器である。

２３は速度指令値となったＤ／Ａ変換器２２の出力と速
度帰還値の偏差をとる減算器、２４は偏差信号を増幅す
る増幅器である。

２５と２６は増幅器２４によって振幅Ｉが与えられ、ｎ
Ｘカウンタ１３の位相差カウントによって正弦波信号ｓ
ｉｎθＱと５ｉｎ（θｏ十１２０°）が与えられ、これ
らを乗算してｌ５ｉｎ０６とｌ５１ｎ（θｅ、＋１２０
’）なる電流指令値の信号を出力するマルチプライング
・デジタル・アナログ変換器（以下、ＭＤＡとする）で
ある。

２７はモータ１のコイルに流れている電流を検出して帰
還する電流検出回路、２８は電流指令値と電流帰還値の
偏差をもとに生成されたＰＷＭ信号で駆動されて電流を
流し、この電流をモータのコイルに供給するブリッジ回
路である。

電流指令値はｎＸカウンタ１３の位相差カウントをもと
に生成されていることから、ｎＸレゾルバ２の検出信号
によりモータの転流制御が行なわれることになる。

このよさに構成したシステムの動作を説明する。

まず、絶対回転位置の検出動作を説明する。

第４図は磁気レゾルバの励磁信号と出力信号のタイムチ
ャートである。

これらの磁気レゾルバは位相変調形であるため、励磁信
号と出力信号の位相差をカウンタで計測することにより
、ｎＸレゾルバと１Ｘレゾルバの検出位相φ１χとφ１
χが求められる。

モータが１回転したときに位相φ１χとφ１χは第５図
のように変化する０図の横軸の回転角は機械角である°
。

このような関係より、検出位相φ１χの値より、検出位
置が検出位相φ１χの何番目の周期に該当するかが検出
される。検出番号１とこのときのφ１χの値から次式を
もとに絶対回転位置Ａが求められる。

Ａ＝（Ｊ−１）　　・Ｐ＋φ１χ Ｐ：位相が３６０°のときのｎＸカウンタのカウント φ１χ：ｎＸカウンタのカウント 例えば、５ＩＧＯと５ＩＧＩの周波数が３ｋＨｚ、カウ
ンタ１３，１４の位相計測りｏ　＝ｙりの周波数が３Ｍ
Ｈｚとし、 （位相が３６０°のときの１Ｘレゾルノくのカウント’
）＝１０００ ｎ＝２０ φ１　χ＝３９０ φ１χ＝５００ とすると、絶対回転位置Ａは次のようになる。

（ｎＸレゾルバの１周期分の検出信号による１Ｘカウン
タのカウントの変化） ＝１０００／２０ ＝５０ Ｐ　　＝　　３　　Ｍ　　Ｈｚ　　／　　３　　ｋ　　
Ｈｚ　　＝　　１　０　０　０１＝ＴＮＴ［３９０１５
０］＋１ ＝８ Ａ＝　（８−１）ＸｉＯＯＯ＋５００ ＝７５００　［パルス］ この演算ではパルス数のカウントが算出されているが、
パルス数は角度に比例しているため、算出値から回転位
置が求められる。

次に、サーボシーゲンスは次のとおりになる。

まず、電源投入後、スイッチ１６を５ｏ０１１に接続し
、位置サーボを駆動して絶対回転位置を算出し、位置指
令値＝絶対回転位置とする。

この絶対回転位置の値をＡ相パルスとＢ相パルスまたは
アップパルスとダウンパルスにより上位の位置指令コン
トローラ１８へ通信する。

位置指令コントローラ１８は、絶対回転位置の値をオフ
セット値としてその後はインクリメンタルな位置指令値
をパルス信号で発生する。

位置サーボはこの位置指令値を受信し、動作している間
はスイッチ１６をＳｔ側へ接続してｎＸカウンタのカウ
ントを位置帰還値として位置をフィードバック制御する
。

モータが停止して位置決めされると、スイッチ１６をＳ
ｏ側に切換えて絶対回転位置を検出する。

なお、モータの８１４１１はアウタ・ロータ形に限らず
インナ・ロータ形であってもよい。

く効果〉 本発明によれば次の効果が得られる。

■モータの機構部では、ｎＸレゾルバと１Ｘレゾルバは
モジュール化されていて、モータ・ドライブ・システム
がインクリメンタル方式だけのものでよい場合はｎＸレ
ゾルバのみを取付け、絶対回転位置の検出機能までも必
要な場合はｎＸレゾルバの他にオプションとして１Ｘレ
ゾルバを取付ける構成になっている。このため、インク
リメンタル方式の”機構部に簡単な追加を行うだけで絶
、対回転位置を検出できるモータ・ドライブ・システム
を実現できる。

■制御回路では、第３図の破線で囲んだ部分がインクリ
メンタル方式のシステム構成で、この部分に１Ｘレゾル
バの信号処理回路と、２つのレゾルバの検出信号の合成
回路を追加するだけで絶対回転位置を検出できるモータ
・ドライブ・システムを実現できる。

■また、モータが停止しているときに絶対回転位置を検
出し、モータが回転しているときは検出した絶対回転位
置をオフセットとしてインクリメンタル方式で位置をフ
ィードバック制御しているため、インクリメンタル方式
の位置制御を行いつつ絶対回転位置の検出も行うことも
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第３図は本発明にかかるモータ・ドライブ
・システムの一実施例の要部横或図、第２図は第１図の
分解図、第４図および第５図は第３図の回路の動作説明
図である。 １・・・モータ、２・・・ｎＸレゾルバ、３・・・１Ｘ
レゾルバ、１３・・・ｎＸカウンタ、１４・・・１Ｘカ
ウンタ、１５・・・合成回路、１６・・・スイッチ、１
８・・・位置指令コントローラ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）モータと磁気レゾルバをロータどうしとステータ
   どうしを結合して組合せ、磁気レゾルバの検出信号をも
   とにモータの回転位置をフィードバック制御するモータ
   ・ドライブ・システムにおいて、磁気レゾルバは、ロー
   タが１回転する毎に検出信号の位相が０°から３６０°
   まで変化する１Ｘレゾルバとロータが１／ｎ回転する毎
   に検出信号の位相が０°から３６０°まで変化するｎＸ
   レゾルバ（ｎは整数）を組合わせたものであり、１Ｘレ
   ゾルバとｎＸレゾルバの検出信号を合成してモータの絶
   対回転位置を検出する検出回路を具備したことを特徴と
   するモータ・ドライブ・システム。
2. （２）前記検出回路は、 前記１ＸレゾルバおよびｎＸレゾルバの検出信号の位相
   をパルスでカウントする１ＸカウンタおよびｎＸカウン
   タと、 前記１Ｘカウンタのカウントから１／ｎ回転を分解能と
   してモータの回転位置を検出し、前記ｎＸカウンタのカ
   ウントから検出した１／ｎ回転内におけるモータの回転
   位置を検出し、これらの検出値を合成してモータの絶対
   回転位置を求める合成回路と、 前記合成回路またはｎＸカウンタの出力を選択的に帰還
   するスイッチと、 前記合成回路で求めた絶対回転位置を基準位置としてイ
   ンクリメンタルな位置指令値を発生する位置指令部と、 モータが停止しているときは、前記スイッチに合成回路
   の出力を帰還させるとともにこの出力を前記位置指令部
   に与えて絶対回転位置を検出し、モータが回転している
   ときは、前記スイッチにｎＸレゾルバの出力を帰還させ
   、位置指令部が発生する位置指令値によりモータの回転
   位置をインクリメンタル方式でフィードバック制御する
   位置制御部、 を具備した請求項（１）記載のモータ・ドライブ・シス
   テム。
3. （３）前記ｎＸレゾルバのロータの歯数は前記モータの
   ロータの歯数と同数であってｎＸレゾルバの検出信号を
   もとにモータを転流制御することを特徴とする請求項（
   １）記載のモータ・ドライブ・システム。