(57)【要約】【課題】軸位置特定の分解能を高くできるとともに、軸位置を記憶するメモリを不要とすることができるステップモータの軸位置特定方法及びその装置を提供する。【解決手段】本発明によるステップモータの軸位置特定方法及びその装置は、レゾルバ信号１０ａの１周期角度がステップモータ２の電気角３６０°に当たる単位機械角度で割り切れないレゾルバ１０をステップモータ２の回転軸２２に取付けておき、ステップモータ２の特定相を励磁した際のレゾルバ信号１０ａをＲ／Ｄ変換することで得られるレゾルバカウント１１ａに基づいて軸位置を特定する構成である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステップモータ（２）の電源投入時の軸位置を特定するためのステップモータの軸位置特定方法であって、
軸倍角がｎ（但し、ｎは２以上の整数）であり、３６０°／ｎで表されるレゾルバ信号（１０ａ）の１周期角度が、前記ステップモータ（２）の電気角３６０°に当たる単位機械角度で割り切れないレゾルバ（１０）を前記ステップモータ（２）の回転軸（２２）に取付けておき、
前記ステップモータ（２）の電源投入時に前記ステップモータ（２）の特定相を励磁して、前記特定相を励磁した際の前記レゾルバ信号（１０ａ）をＲ／Ｄ変換することで得られるレゾルバカウント（１１ａ）に基づいて前記軸位置を特定する
ことを特徴とするステップモータの軸位置特定方法。
【請求項２】
前記単位機械角度当りの前記レゾルバカウント（１１ａ）の増加量がｐ（但し、ｐは正の整数）であり、前記単位機械角度の倍数の角度であって前記１周期角度を超える最小の１周期相当角度だけ前記回転軸（２２）が回転する毎に前記レゾルバカウント（１１ａ）に生じるオフセット量がｑ（但し、ｑは正の整数）である場合に、
前記軸位置は、前記特定相を励磁した際の前記レゾルバ信号（１０ａ）から得られる前記レゾルバカウント（１１ａ）を前記増加量ｐで除算することで商と余りとを得て、前記１周期相当角度単位で区分される３６０°内のどの角度領域に前記軸位置が属するかを前記余りと前記オフセット量ｑとに基づいて検出するとともに、前記商に前記単位機械角度を乗算することにより前記角度領域内での前記軸位置の角度位置を求めることにより特定される
ことを特徴とする請求項１記載のステップモータの軸位置特定方法。
【請求項３】
前記軸位置がどの前記角度領域に属するかは、前記余りが、前記オフセット量ｑの何倍の数に相当するかに基づいて検出することを特徴とする請求項２記載のステップモータの軸位置特定方法。
【請求項４】
前記１周期相当角度単位で区分される前記角度領域の数がｒである場合、前記余りが、前記オフセット量ｑの前記ｒ倍の数に相当するときに、前記商に１を加えることを特徴とする請求項３記載のステップモータの軸位置特定方法。
【請求項５】
ステップモータ（２）の電源投入時の軸位置を特定するためのステップモータの軸位置特定装置であって、
前記ステップモータ（２）の回転軸（２２）に取付けられ、軸倍角がｎ（但し、ｎは２以上の整数）であり、３６０°／ｎで表されるレゾルバ信号（１０ａ）の１周期角度が前記ステップモータ（２）の電気角３６０°に当たる単位機械角度で割り切れないレゾルバ（１０）と、
前記レゾルバ（１０）に接続され、前記レゾルバ信号（１０ａ）をＲ／Ｄ変換することでレゾルバカウント（１１ａ）を得るＲ／Ｄ変換器（１１）と、
前記ステップモータ（２）及び前記Ｒ／Ｄ変換器（１１）に接続され、前記ステップモータ（２）の電源投入時に前記ステップモータ（２）の特定相を励磁して、前記特定相を励磁した際の前記レゾルバ信号（１０ａ）から得られる前記レゾルバカウント（１１ａ）に基づいて前記軸位置を特定する軸位置特定部（１２）と
を備えることを特徴とするステップモータの軸位置特定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステップモータの軸位置特定方法及びその装置に関し、特に、レゾルバ信号の１周期角度がステップモータの電気角３６０°に当たる単位機械角度で割り切れないレゾルバをステップモータの回転軸に取付けておき、ステップモータの特定相を励磁した際のレゾルバ信号をＲ／Ｄ変換することで得られるレゾルバカウントに基づいて軸位置を特定するようにすることで、軸位置特定の分解能を高くできるとともに、軸位置を記憶するメモリを不要とすることができるようにするための新規な改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来用いられていたこの種のステップモータの軸位置特定方法及びその装置としては、例えば下記の特許文献１等に記載された構成を挙げることができる。すなわち、従来構成では、ステップモータの回転軸にレゾルバを取付けて、レゾルバからのレゾルバ信号に基づいて回転軸の軸位置（角度位置）を特定している。例えば下記の特許文献２等に記載されているように、レゾルバには、軸倍角が１のレゾルバ（以下、１Ｘレゾルバと呼ぶ）と、軸倍角がｎ（但しｎは２以上の整数）のレゾルバ（以下、ｎＸレゾルバと呼ぶ）とが含まれている。１Ｘレゾルバは、３６０°周期のレゾルバ信号を出力するものであり、１回転中の絶対的な軸位置を特定できるものである。
【０００３】
ｎＸレゾルバは、３６０°／ｎ周期のレゾルバ信号を出力するものであり、３６０°／ｎの角度領域内での絶対的な軸位置を特定できるものである。ｎＸレゾルバを用いる場合、レゾルバ信号の位相を監視して、３６０°／ｎ単位で区分されるどの角度領域に軸位置が属するか検出することで、１Ｘレゾルバに比べてｎ倍の分解能で１回転中の軸位置を特定できる。また、ｎＸレゾルバを用いる場合、電源が遮断された際に軸位置がどの角度領域に属するかが不明になることを回避するために、電源が遮断される前に軸位置をメモリに記憶させ、電源を再投入した際にメモリの軸位置を読み取るようにする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３７０９０号公報
【特許文献２】特開２００７−１３９８０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような従来構成では、１Ｘレゾルバを用いると、ｎＸレゾルバを用いる場合に比べて、軸位置特定の分解能が低くなってしまう。一方で、ｎＸレゾルバを用いると、軸位置を記憶するメモリが必要となり、部品コストが増大してしまう。
【０００６】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、軸位置特定の分解能を高くできるとともに、軸位置を記憶するメモリを不要とすることができるステップモータの軸位置特定方法及びその装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るステップモータの軸位置特定方法は、ステップモータの電源投入時の軸位置を特定するためのステップモータの軸位置特定方法であって、軸倍角がｎ（但し、ｎは２以上の整数）であり、３６０°／ｎで表されるレゾルバ信号の１周期角度が、ステップモータの電気角３６０°に当たる単位機械角度で割り切れないレゾルバをステップモータの回転軸に取付けておき、ステップモータの電源投入時にステップモータの特定相を励磁して、特定相を励磁した際のレゾルバ信号をＲ／Ｄ変換することで得られるレゾルバカウントに基づいて軸位置を特定する。
【０００８】
また、単位機械角度当りのレゾルバカウントの増加量がｐ（但し、ｐは正の整数）であり、単位機械角度の倍数の角度であって１周期角度を超える最小の１周期相当角度だけ回転軸が回転する毎にレゾルバカウントに生じるオフセット量がｑ（但し、ｑは正の整数）である場合に、軸位置は、特定相を励磁した際のレゾルバ信号から得られるレゾルバカウントを増加量ｐで除算することで商と余りとを得て、１周期相当角度単位で区分される３６０°内のどの角度領域に軸位置が属するかを余りとオフセット量ｑとに基づいて検出するとともに、商に単位機械角度を乗算することにより角度領域内での軸位置の角度位置を求めることにより特定される。
また、軸位置がどの角度領域に属するかは、余りが、オフセット量ｑの何倍の数に相当するかに基づいて検出する。
また、１周期相当角度単位で区分される角度領域の数がｒである場合、余りが、オフセット量ｑのｒ倍の数に相当するときに、商に１を加える。
【０００９】
本発明に係るステップモータの軸位置特定装置は、ステップモータの電源投入時の軸位置を特定するためのステップモータの軸位置特定装置であって、ステップモータの回転軸に取付けられ、軸倍角がｎ（但し、ｎは２以上の整数）であり、３６０°／ｎで表されるレゾルバ信号の１周期角度がステップモータの電気角３６０°に当たる単位機械角度で割り切れないレゾルバと、レゾルバに接続され、レゾルバ信号をＲ／Ｄ変換することでレゾルバカウントを得るＲ／Ｄ変換器と、ステップモータ及びＲ／Ｄ変換器に接続され、ステップモータの電源投入時にステップモータの特定相を励磁して、特定相を励磁した際のレゾルバ信号から得られるレゾルバカウントに基づいて軸位置を特定する軸位置特定部とを備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のステップモータの軸位置特定方法及びその装置によれば、レゾルバ信号の１周期角度がステップモータの電気角３６０°に当たる単位機械角度で割り切れないレゾルバをステップモータの回転軸に取付けておき、ステップモータの特定相を励磁した際のレゾルバ信号をＲ／Ｄ変換することで得られるレゾルバカウントに基づいて軸位置を特定するようにするので、軸位置特定の分解能を高くできるとともに、軸位置を記憶するメモリを不要とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１によるステップモータの軸位置特定方法及びその装置により軸位置が特定されるステップモータを示す正面図である。
【図２】図１の回転軸が１２０°回転された状態を示す説明図である。
【図３】図１の回転軸が２４０°回転された状態を示す説明図である。
【図４】図１のステップモータの軸位置を特定する軸位置特定装置を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１によるステップモータの軸位置特定方法及びその装置により軸位置が特定されるステップモータ２を示す正面図である。図において、ステップモータ２には、ステータ２０、ロータ２１、及び回転軸２２が設けられている。ステータ２０には、環状のステータヨーク２０ａと、周方向に互いに間隔を置いてステータヨーク２０ａから内方に突出された複数の磁極２０ｂと、各磁極２０ｂの先端にそれぞれ設けられた複数の小歯２０ｃとが含まれている。ロータ２１は、ステータ２０の内径側に配置された円板状の部材であり、回転軸２２と一体に回転可能に設けられている。このロータ２１の外周には磁極２０ｂの小歯２０ｃに対向する複数のロータ歯２１ａが設けられている。図示はしないが、各磁極２０ｂには、相コイルが巻回されている。周知のように、ステップモータ２は、相コイルが順次励磁されることによりロータ２１が回転されるものである。
【００１３】
本実施の形態では、８本の磁極２０ｂに６個の小歯２０ｃがそれぞれ設けられ、ロータ２１の外周に５０個のロータ歯２１ａが設けられている。相コイルは、Ａ相とＢ相との２相に分けられており、図中１２時位置の磁極２０ｂから反時計回りに、順方向のＡ相コイル、順方向のＢ相コイル、逆方向のＡ相コイル、及び逆方向のＢ相コイルの順に配置されている。図１では、Ａ及びＢにより順方向のＡ相コイル及びＢ相コイルを示し、バーが付されたＡ及びＢにより逆方向のＡ相コイル及びＢ相コイルを示している。すなわち、本実施の形態のステップモータ２は、２相８極のハイブリッド型ステップモータである。
【００１４】
このような２相８極のハイブリッド型ステップモータでは、１ステップ当りの回転機械角度は１．８°となる。また、電気角３６０°は４ステップに相当し、電気角３６０°に当たる回転機械角度は７．２°となる。この電気角３６０°に当たる回転機械角度（７．２°）を単位機械角度と呼ぶこととする。
【００１５】
ステップモータ２には、レゾルバ１０が取付けられている。周知のように、レゾルバ１０は、レゾルバロータ１００とレゾルバステータ（図示せず）とを含むものであり、回転軸２２の回転に応じて正弦波状のレゾルバ信号を出力するものである。本実施の形態では、レゾルバロータ１００は、回転軸２２に固定された略三角形状の部材である。すなわち、レゾルバ１０の軸倍角ｎは３とされており、レゾルバ信号の１周期は３６０°／３＝１２０°とされている。このレゾルバ信号の１周期の角度（１２０°）を１周期角度と呼ぶこととする。
【００１６】
説明の便宜上、図に示すようにレゾルバロータ１００の各頂部にＮｏ．１、Ｎｏ．２、及びＮｏ．３と番号を振る。レゾルバロータ１００は、図中９時位置の磁極２０ｂの小歯２０ｃとロータ歯２１ａとが完全に対向するときに、Ｎｏ．１の頂部が１２時位置に位置するように組み付けられている。図１の状態では、レゾルバ１０からのレゾルバ信号の位相角が０°となる。
【００１７】
次に、図２は、図１の回転軸２２が１２０°回転された状態を示す説明図であり、図３は、図１の回転軸２２が２４０°回転された状態を示す説明図である。上述のように、レゾルバ信号の１周期角度は１２０°である。すなわち、図２及び図３に示すように、図１の状態から回転軸２２が１２０°及び２４０°回転されたときに、レゾルバ信号の位相角は０°となる。
【００１８】
しかしながら、図２及び図３に示すように回転軸２２が１２０°及び２４０°回転された状態では、いずれの位置においても磁極２０ｂの小歯２０ｃ及びロータ歯２１ａは完全には対向していない。換言すれば、図２及び図３に示す位置は、ステップモータ２の安定点ではない。より具体的に説明すると、図３の位置は、逆方向のＢ相コイルが励磁された位置と、逆方向のＡ相コイル及びＢ相コイルが励磁された位置との中間位置に相当し、図４の位置は、順方向のＢ相コイルが励磁された位置と、逆方向のＡ相コイル及び順方向のＢ相コイルが励磁された位置との中間位置に相当する。
【００１９】
このように、回転軸２２が１２０°及び２４０°回転された状態がステップモータ２の安定点とならないのは、レゾルバ信号の１周期角度（１２０°）が、ステップモータ２の電気角３６０°に当たる回転機械角度（７．２°）で割り切れない数であるためである。換言すると、１周期角度が回転機械角度の倍数でないためである。従って、図２及び図３の状態においてステップモータ２の特定相が励磁されると、回転軸２２及びレゾルバロータ１００は１２０°及び２４０°からずれた位置まで回転される。本実施の形態の軸位置特定方法は、このステップモータ２の特定相を励磁した際のレゾルバロータ１００のずれを利用して、回転軸２２の位置特定を行う。
【００２０】
次に、図４は、図１のステップモータ２の軸位置を特定する軸位置特定装置１を示すブロック図である。図において、軸位置特定装置１は、レゾルバ１０、Ｒ／Ｄ変換器１１、及び軸位置特定部１２を含んでいる。上述のように、レゾルバ１０は、ステップモータ２の回転軸２２の回転に応じて正弦波状のレゾルバ信号１０ａを出力するものである。
【００２１】
Ｒ／Ｄ変換器１１は、レゾルバ１０に接続されており、レゾルバ１０からのレゾルバ信号１０ａをＲ／Ｄ変換することで、レゾルバカウント１１ａを出力する。レゾルバカウント１１ａは、レゾルバ信号１０ａの位相角の変化に応じて増減されるカウント値であり、回転軸２２の軸位置との間に表１に示す関係を有している。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
表１に示すように、レゾルバカウント１１ａは、回転軸２２が単位機械角度（７．２°）回転される毎に２４６ずつ増加される。この増加は、回転軸２２の軸位置が１１５．２°になるまで続く。
【００２４】
ここで、１２２．４°は、回転軸２２の単位機械角度（７．２°）の倍数の角度であってレゾルバ信号１０ａの１周期角度（１２０°）を超える最小の角度である。この角度（１２２．４°）を１周期相当角度と呼ぶこととする。
【００２５】
軸位置１２２．４°では、レゾルバカウント１１ａは８２となる。上述のように、レゾルバ信号１０ａは１２０°周期の信号であり、回転軸２２の軸位置が１２０°となったときにレゾルバカウント１１ａは０となる。しかしながら、上述のように１周期角度（１２０°）が回転軸２２の単位機械角度（７．２°）で割り切れない数とされているため、１周期角度（１２０°）と１周期相当角度（１２２．４°）との間には必ずずれが生じる。軸位置１２２．４°においてレゾルバカウント１１ａが８２となるのは、１周期角度（１２０°）と１周期相当角度（１２２．４°）との間のずれの起因するものである。
【００２６】
この軸位置１２２．４°におけるレゾルバカウント１１ａの８２は、回転軸２２が１周期相当角度（１２２．４°）回転する毎にレゾルバカウント１１ａに生じるオフセット量である。すなわち、角度領域１２２．４°〜２３７．６°では、角度領域０°〜１１５．２°に比べて、レゾルバカウント１１ａに８２のオフセットが生じている。同様に、角度領域２４４．８°〜３６０°では、角度領域１２２．４°〜２３７．６°に比べて、レゾルバカウント１１ａに８２のオフセットが生じている（角度領域０°〜１１５．２°に比べて、１６４（＝８２×２）のオフセットが生じている）。従って、このオフセットを利用すれば、１周期相当角度（１２２．４°）単位で区分される３６０°内のどの角度領域に軸位置が属するかを検出できる。
【００２７】
軸位置特定部１２は、例えばマイクロコンピュータ等の演算処理装置により構成されたものであり、ステップモータ２及びＲ／Ｄ変換器１１に接続されている。軸位置特定部１２は、ステップモータ２の電源投入時にステップモータ２の特定相を励磁して、特定相を励磁した際のレゾルバ信号１０ａから得られるレゾルバカウント１１ａに基づいて、ステップモータ２の回転軸２２の軸位置を特定する。具体的には、軸位置特定部１２は、以下の演算を行うことによりステップモータ２の回転軸２２の軸位置を特定する。
【００２８】
すなわち、単位機械角度当りのレゾルバカウント１１ａの増加量がｐ（但し、ｐは正の整数）であり、１周期相当角度だけ回転軸２２が回転する毎にレゾルバカウント１１ａに生じるオフセット量をｑ（但し、ｑは正の整数）とする場合に、
軸位置特定部１２は、
特定相を励磁した際のレゾルバ信号１０ａから得られるレゾルバカウント１１ａを増加量ｐで除算することで商と余りとを得て、
１周期相当角度単位で区分される３６０°内のどの角度領域に軸位置が属するかを余りとオフセット量ｑとに基づいて検出するとともに、
商に単位機械角度を乗算することにより角度領域内での軸位置の角度位置を求める
ことにより軸位置を特定する。
なお、本実施の形態では、単位機械角度は７．２°であり、増加量ｐは２４６であり、１周期相当角度は１２２．４°であり、オフセット量ｑは８２である。
【００２９】
軸位置がどの角度領域に属するかの検出は、以下のように行う。すなわち、
余りが、０以上かつ１５以下の範囲内、及び２３１以上２４６未満の範囲内の場合（余りが、オフセット量ｑの０倍又は３倍の数に相当する場合）には、軸位置が０°以上１２２．４°未満の角度領域に属し、
余りが、８２±１５の範囲内である場合（余りが、オフセット量ｑの１倍の数に相当する場合）には、軸位置が１２２．４°以上２４４．８°未満の角度領域に属し、
余りが、１６４±１５の範囲内である場合（余りが、オフセット量ｑの２倍の数に相当する場合）には、軸位置が２４４．８°以上３６０°未満の角度領域に属していることを検出する。なお、上述の説明における「１５」は、レゾルバカウント１１ａの誤差を考慮したものである。
【００３０】
ここで、本実施の形態では、１周期相当角度単位で区分される角度領域の数ｒは３である。余りが２３１以上２４６未満の範囲内の場合（余りが、オフセット量ｑの３倍の数に相当する場合）には、軸位置特定部１２は、商に１を加える。これは、余りが大きいため、余りを無視すると、軸位置特定に支障を来すためである。
【００３１】
軸位置の特定について、具体例を挙げると以下の通りである。
レゾルバカウント１１ａが例えば「３６８６」である場合、軸位置特定部１２は、３６８６÷２４６の演算を行うことにより、商：１４及び余り：２４０を得る。
また、軸位置特定部１２は、余り：２４０が２３１以上２４６未満の範囲内である（余り２４０が、８２の３倍の数に相当する）ことから、軸位置が０°以上１２２．４°未満の角度領域に属していることを検出する。
さらに、軸位置特定部１２は、余り：２４０が２３１以上２４６未満の範囲内であることから商：１４に１を加えた１５に７．２°を乗算することにより１０８°を得る。
そして、軸位置特定部１２は、軸位置が０°以上１２２．４°未満の角度領域に属していることから、１０８°に０°を加算して、軸位置１０８°を特定する。
【００３２】
また、レゾルバカウント１１ａが例えば「３６０４」である場合、軸位置特定部１２は、３６０４÷２４６の演算を行うことにより、商：１４及び余り：１６０を得る。
また、軸位置特定部１２は、余り：１６０が１６４±１５の範囲内であることから、軸位置が２４４．８°以上３６０°未満の角度領域に属していることを検出する。
さらに、軸位置特定部１２は、商１４に７．２°を乗算することにより、１００．８°を得る。
そして、軸位置特定部１２は、軸位置が２４４．８°以上３６０°未満の角度領域に属していることから、１００．８°に２４４．８°を加算して、軸位置３４５．６°を特定する。
【００３３】
なお、以上の説明では、３Ｘレゾルバ１０を用いるように説明したが、レゾルバ信号１０ａの１周期角度が、ステップモータの電気角３６０°に当たる単位機械角度で割り切れないレゾルバであれば、そのステップモータの軸位置特定に用いることができる。例えば、６Ｘレゾルバ及び７Ｘレゾルバの１周期角度は６０°及び５１．４°であり、本実施の形態のステップモータ２の単位機械角度７．２°で割り切れないため、当該ステップモータ２の軸位置特定に用いることができる。すなわち、ステップモータの仕様に応じて、レゾルバを適宜選定できる。
【００３４】
このようなステップモータの軸位置特定方法及びその装置では、レゾルバ信号１０ａの１周期角度がステップモータ２の電気角３６０°に当たる単位機械角度で割り切れないレゾルバ１０をステップモータ２の回転軸２２に取付けておき、ステップモータ２の特定相を励磁した際のレゾルバ信号１０ａをＲ／Ｄ変換することで得られるレゾルバカウント１１ａに基づいて軸位置を特定するので、軸位置を記憶するメモリを使用せずに、ｎＸレゾルバを用いて軸位置特定ができる。これにより、軸位置特定の分解能を高くできるとともに、軸位置を記憶するメモリを不要とすることができる。
【００３５】
また、軸位置は、特定相を励磁した際のレゾルバ信号１０ａから得られるレゾルバカウント１１ａを増加量ｐで除算することで商と余りとを得て、１周期相当角度単位で区分される３６０°内のどの角度領域に軸位置が属するかを余りとオフセット量ｑとに基づいて検出するとともに、商に単位機械角度を乗算することにより角度領域内での軸位置の角度位置を求めることにより特定されるので、より確実に軸位置を特定できる。
【００３６】
さらに、軸位置がどの角度領域に属するかは、余りが、オフセット量ｑの何倍の数に相当するかに基づいて検出するので、軸位置がどの角度領域に属するかをより確実に検出できる。
【００３７】
さらにまた、１周期相当角度単位で区分される角度領域の数がｒである場合、余りが、オフセット量ｑのｒ倍の数に相当するときに、商に１を加えるので、余りが大きい場合に余りを考慮して軸位置を特定でき、軸位置の特定精度を向上できる。
【符号の説明】
【００３８】
１  軸位置特定装置
２  ステップモータ
１０  レゾルバ
１０ａ  レゾルバ信号
１１  Ｒ／Ｄ変換器
１１ａ  レゾルバカウント
１２  軸位置特定部
２２  回転軸
１００  レゾルバロータ
【図１】
2014020862.tif 000004
【図２】
2014020862.tif 000005
【図３】
2014020862.tif 000006
【図４】
2014020862.tif 000007