(57)【要約】【課題】ＰＭ型モータの標準励磁開始角の誤認識を検出する手段を提供する。【解決手段】永久磁石の極性を検出する磁極検出器と可動体の電気角を検出する位置検出器とを備えたＰＭ型モータの磁極検出器が出力する磁極検出信号の変化点の間の電気角間隔を位置検出器により測定してこれらを比較し、変化点間の電気角間隔と設定電気角間隔とのずれが許容角度間隔以上の場合に各相のコイルへの励磁を中止する。【選択図】        図１
2006203961.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石の極性を検出する磁極検出器と可動体の電気角を検出する位置検出器とを備えたＰＭ（Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ）型モータの制御方法において、
前記磁極検出器が出力する磁極検出信号の変化点の間の電気角間隔を前記位置検出器により測定し、前記変化点間の電気角間隔と前記変化点間に設定された設定電気角間隔とを比較し、前記変化点間の電気角間隔と設定電気角間隔とのずれが許容角度間隔以上の場合に励磁を中止することを特徴とするＰＭ型モータの制御方法。
【請求項２】
永久磁石の極性を検出する磁極検出器と可動体の電気角を検出する位置検出器とを備えたＰＭ型モータの制御方法において、
一の相の磁極検出器が出力する磁極検出信号の変化点の電気角の角度位置を前記位置検出器により１周期毎に測定し、該測定された角度位置を、前記一の相の１周期の開始角度位置として該１周期を励磁すると共に、前記開始角度位置基準として他の相の該１周期を励磁することを特徴とするＰＭ型モータの制御方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記磁極検出信号を所定の電気角間隔で設定したサンプリング時期毎に読取り、前記磁極検出信号が変化したときに、該変化したサンプリング時期とその一つ前のサンプリング時期との中点を前記変化点とすることを特徴とするＰＭ型モータの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＰＭ（Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ）型のリニアモータの駆動制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のＰＭ型モータの制御方法は、ホール素子等の磁極検出器による磁極検出信号の最初の変化点により各相の標準運転による励磁を開始する電気角（標準励磁開始角という。）を認識し、その後はエンコーダやレゾルバ等の位置検出器により測定した電気角に基づいて各相のコイルへの励磁指令を生成して各相のコイルへの励磁を行っている（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００３】
例えば、ＰＭ型モータの一種であるサーボモータの場合には以下のようにして励磁を行っている。
図５はサーボモータを示す説明図、図６は従来の磁極検出信号とＵ相指令を示す説明図である。
図５において、１はＰＭ型モータとしてのサーボモータである。
【０００４】
２は可動体としてのロータであり、１８０度等分にＮ極とＳ極に着磁された円柱状の永久磁石を有している。
３は固定子としてのステータであり、ロータ２の周囲に１２０度ピッチで配置されたスロットにＵ相コイル４ａ、Ｖ相コイル４ｂ、Ｗ相コイル４ｃが設置されている。
また、ステータ３のＵ相コイル４ａ、Ｖ相コイル４ｂ、Ｗ相コイル４ｃのそれぞれの間には、ホール素子等の磁極検出器としてのＵ相センサ５ａ、Ｖ相センサ５ｂ、Ｗ相センサ５ｃが１２０度ピッチで配置されている。
【０００５】
このようなサーボモータ１のＵ相センサ５ａ、Ｖ相センサ５ｂ、Ｗ相センサ５ｃからの出力である磁極検出信号は、図６に示すように電気角に対してロータ２の磁極がＳ極からＮ極（またはＮ極からＳ極）に切替わる度にローレベルからハイレベル（またはハイレベルからローレベル）に切替わる略矩形波として出力され、各相のセンサ５からの波形は、Ｕ相センサ５ａに対してＶ相センサ５ｂは電気角で位相が１２０度遅れ、Ｖ相センサ５ｂに対してＷ相センサ５ｃは電気角で位相が１２０度遅れた状態で出力される。
【０００６】
この場合の電気角は、サーボモータ１のロータ２と連動して回転するスリット円盤を有する図示しない位置検出器としてのロータリ式エンコーダから出力される位置信号により割付けられた制御上の角度であり、連続する一組のＳ極とＮ極の間を３６０度として割付けられた角度である。本実施例ではロータ２が１８０度等分に配置された一組のＳ極とＮ極の永久磁石で構成される２極のＰＭ型モータであるのでその電気角は回転角と同じ角度になる。
【０００７】
また、各相のコイル４への励磁は、電気角に対して予め設定された標準指令に基づいて図示しない制御部が発する各相への励磁指令によって行われる。本実施例の標準指令は、Ｕ相の場合は図６に示すＵ相標準指令のように電気角０度を起点とした正弦曲線として設定され、Ｖ相、Ｗ相の場合はそれぞれ電気角１２０度、２４０度を起点とした正弦曲線として設定されている。
【０００８】
上記のサーボモータ１におけるＵ相コイル４ａ、Ｖ相コイル４ｂ、Ｗ相コイル４ｃへの励磁は以下のように行われる。
サーボモータ１が図６に示すＱ点で起動すると、Ｕ相への励磁指令（Ｕ相指令という。）は予め設定された起動モードで発せられ、ロータ２は図５に矢印ωで示した可動方向に回転し始める。
【０００９】
そして、最初の磁極検出信号の変化点、図６の例ではＷ相センサ５ｃの立上り点Ｐを検出すると、これに基づいてＵ相指令の標準励磁開始角を認識し、Ｕ相指令をＵ相標準指令に一致させる。
つまり、本実施例では最初の変化点を検出したのがＷ相センサ５ｃであるので、Ｗ相センサ５ｃの立上り点ＰとＵ相センサ５ａの立上り点の電気角の位相差１２０度、各センサ５が１つの磁極を検出している電気角の角度間隔（電気角間隔という。）１８０度およびＵ相標準指令の起点の電気角０度により標準励磁開始角を電気角で６０度と認識し、起動モードのＵ相指令の指令値をＵ相標準指令の電気角６０度の指令値に修正してＵ相指令をＵ相標準指令に一致させる。
【００１０】
その後はロータリ式エンコーダからの電気角によりＵ相標準指令に基づいたＵ相指令を発してＵ相コイル４ａへの励磁行う。他の相においても同様である。
以上のようにして、従来のサーボモータ１の各コイル４への励磁の制御が行われる。
【非特許文献１】見城  尚志  他１名著、「新・ブラシレスモータ  システム設計の実際」、第３版、総合電子出版社、平成１４年５月１０日、主にｐ．７０−７６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上述した従来の技術においては、起動後における最初の磁極検出信号の変化点により各相の標準励磁開始角を認識し、その後は位置検出器からの電気角により各相の標準指令に基づいた各相の励磁相指令を発して各相のコイルへの励磁を行っているため、磁極検出器の取付誤差や故障および永久磁石の欠け等によって標準励磁開始角を誤認識した場合に、そのまま励磁を行うと予想外のトルクが発生し、制御不能の状態に陥る場合があるという問題がある。
【００１２】
また、長尺におよぶＰＭ型モータとしてのリニアモータにおいては、起動直後に認識した各相の標準励磁開始角により各相のコイルへの励磁を行うように制御すると、ストロークの両端で電気角の誤差が大きくなる場合があるという問題がある。
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、標準励磁開始角の誤認識を検出する手段を提供することを目的とする。
【００１３】
また、電気角の誤差の拡大を防止する手段を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、上記課題を解決するために、永久磁石の極性を検出する磁極検出器と可動体の電気角を検出する位置検出器とを備えたＰＭ型モータの制御方法において、前記磁極検出器が出力する磁極検出信号の変化点の間の電気角間隔を前記位置検出器により測定し、前記変化点間の電気角間隔と前記変化点間に設定された設定電気角間隔とを比較し、前記変化点間の電気角間隔と設定電気角間隔とのずれが許容角度間隔以上の場合に励磁を中止することを特徴とする。
【００１５】
また、永久磁石の極性を検出する磁極検出器と可動体の電気角を検出する位置検出器とを備えたＰＭ型モータの制御方法において、一の相の磁極検出器が出力する磁極検出信号の変化点の電気角の角度位置を前記位置検出器により１周期毎に測定し、該測定された角度位置を、前記一の相の１周期の開始角度位置として該１周期を励磁すると共に、前記開始角度位置基準として他の相の該１周期を励磁することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
このように、本発明は、磁極検出器が出力する磁極検出信号の変化点の電気角間隔を位置検出器により測定し、変化点間の電気角間隔と設定電気角間隔とを比較してそのずれが許容角度間隔以上の場合に、標準励磁開始角の誤認識を検出して励磁を中止するようにしたことによって、磁極検出器の取付誤差や故障等によるサーボモータの暴走を未然に防止することができるという効果が得られる。
【００１７】
また、一の相の磁極検出器の磁極検出信号を基準として電気角の１周期毎にその角度位置を測定し、これを開始角度位置として各相のその１周期を励磁するので、長尺のリニアモータにおいても電気角の誤差の拡大を防止することができるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、図面を参照して本発明によるＰＭ型モータの実施例について説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１は実施例１の磁極検出信号とＵ相指令を示す説明図である。
なお、本実施例のＰＭ型モータは、上記で図５を用いて説明したサーボモータと同様であるので、同様の部分は同一の符号を付してその説明を省略する。
図１は横軸を電気角とし、この電気角に対する各相のセンサ５の磁極検出信号および励磁指令の例としてＵ相指令を図示したものである。
【００２０】
なお、Ｕ相指令は標準励磁開始角を誤認識した場合に従来の制御方法を用いたときのＵ相指令を示してある。
本実施例のサーボモータ１は、従来の制御方法と同様の制御方法によりＵ相コイル４ａ、Ｖ相コイル４ｂ、Ｗ相コイル４ｃへの励磁が行われるが、以下のようにして標準励磁開始角の誤認識を検出した場合に各相のコイル４への励磁を停止することが異なる。
【００２１】
すなわち、サーボモータ１が図１に示すＱ点で起動すると、従来の制御方法と同様にＵ相指令は予め設定された起動モードで発せられる。
そして、最初の磁極検出信号の変化点、図１の例ではＷ相センサ５ｃの立上り点Ｐを検出すると、これに基づいてＵ相指令の標準励磁開始角を認識し、Ｕ相指令をＵ相標準指令に一致させると共に、最初に検出した磁極検出信号の変化点を基準点ａとして他の磁極検出信号の変化点（立上り点および立下り点）までの電気角間隔を位置検出器としてのロータリ式エンコーダのからの位置信号を基に電気角による測定を開始する。
【００２２】
つまり、図１に示すａ点を基準点として、ａ点とｂ点（Ｖ相センサ５ｂの磁極検出信号の立下り点）との間、ａ点とｃ点（Ｕ相センサ５ａの磁極検出信号の立上り点）との間、ａ点とｄ点（Ｗ相センサ５ｃの磁極検出信号の立下り点）との間、ａ点とｅ点（Ｖ相センサ５ｂの磁極検出信号の立上り点）との間、ａ点とｆ点（Ｕ相センサ５ａの磁極検出信号の立下り点）との間、ａ点とｇ点（Ｗ相センサ５ｃの磁極検出信号の立上り点）との間の電気角間隔を測定し、それぞれの電気角間隔を予め変化点間に設定された設定電気角間隔と比較し、測定した電気角間隔と設定電気角間隔とのずれ（差の絶対値）が予め設定された許容角度間隔（本実施例では電気角で３０度）以上であれば、これを標準励磁開始角の誤認識として検出し、サーボモータ１の励磁を停止する。
【００２３】
図１の例では、ａ点とｂ点との間の電気角間隔は３０度であり、その設定電気角間隔は６０度であるので、この時点でＶ相センサ５ｂまたはＷ相センサ５ｃのいずれかの磁極検出器による磁極検出信号が設定された電気角に対してずれていることを判定して励磁を中止する。
この場合に従来の制御方法によれば、最初に検出した変化点（Ｗ相センサ５ｃの立上り点Ｐ（電気角で９０度））を電気角で６０度の標準励磁開始角と看做してＵ相標準指令に基づいたＵ相指令に移行するので、図１に太い実線で示したＵ相指令が発せられ、本来発すべき細い１点鎖線で示したＵ相標準指令とは電気角で３０度ずれた状態で励磁が行われ、ロータ２が図６の矢印ωの方向に３０度回転した位置から励磁が始まるので、大きなトルク変動を伴う回転運動を発生させることになる。
【００２４】
なお、本実施例では、許容角度間隔は３０度として説明したが、許容角度間隔は前記に限らず、サーボモータ１等を装着する装置に応じて設定する。つまり装着する装置が許容するトルク変動以内に納まる電気角間隔を許容角度間隔として設定すればよい。
以上説明したように、本実施例では、各相のセンサが出力する磁極検出信号の変化点の電気角間隔をロータリ式エンコーダにより測定し、変化点間の電気角間隔と設定電気角間隔とを比較してそのずれが許容角度間隔以上の場合に、標準励磁開始角の誤認識を検出して励磁を中止するようにしたことによって、磁極検出器の取付誤差や故障等によるサーボモータの暴走を未然に防止することができ、サーボモータの安全性を向上させることができる。
【実施例２】
【００２５】
図２は実施例２のリニアモータを示す説明図、図３は実施例２の磁極検出信号とＵ相指令を示す説明図である。
なお、上記実施例１と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。
図２において、１１はＰＭ型モータとしてのリニアモータである。
１２は可動体としてのスライダであり、Ｎ極とＳ極に着磁された永久磁石が交互に複数配置されている。
【００２６】
１３は固定子としてのレールであり、スライダ１２の永久磁石に対向配置されたＵ相コイル４ａ、Ｖ相コイル４ｂ、Ｗ相コイル４ｃが順に複数設置されている。
また、レール１３には、実施例１と同様の磁極検出器としてのＵ相センサ５ａ、Ｖ相センサ５ｂ、Ｗ相センサ５ｃが、スライダ１２の図２に示す連続する一組のＳ極とＮ極の永久磁石の間を３６０度として割付けた電気角で１２０度ピッチとなるように配置されている。
【００２７】
１６は位置検出器としてのリニア式エンコーダであり、レール１３に取付けられたスケール１６ａをスライダ１２に取付けられた検出ヘッド１６ｂで読取ってレール１３に対するスライダの電気角による角度位置を測定する機能を有している。
このようなリニアモータ１１のＵ相センサ５ａ、Ｖ相センサ５ｂ、Ｗ相センサ５ｃからの磁極検出信号は、図３に示すように回転モータの場合と同様に電気角に対してスライダ１２の磁極がＳ極からＮ極（またはＮ極からＳ極）に切替わる度にローレベルからハイレベル（またはハイレベルからローレベル）に切替わる略矩形波として出力され、各相のセンサ５からの波形は、Ｕ相センサ５ａに対してＶ相センサ５ｂは電気角で位相が１２０度遅れ、Ｖ相センサ５ｂに対してＷ相センサ５ｃは電気角で位相が１２０度遅れた状態で出力される。
【００２８】
また、各相のコイル４への励磁は、実施例１と同様に電気角に対して予め設定された標準指令に基づいて図示しない制御部が発する各相への励磁指令によって行われる。本実施例の標準指令は、実施例１と同様に図３に示すＵ相標準指令は電気角０度を起点とし、Ｖ相、Ｗ相の場合はそれぞれ電気角１２０度、２４０度を起点とした正弦曲線として設定されている。
【００２９】
上記のリニアモータ１１におけるＵ相コイル４ａ、Ｖ相コイル４ｂ、Ｗ相コイル４ｃへの励磁は以下のように行われる。
リニアモータ１１が図３に示すＱ点で起動すると、Ｕ相への励磁指令、つまりＵ相指令は予め設定された起動モードで発せられ、スライダ１２は図２に矢印Ｒで示した可動方向に移動し始める。
【００３０】
そして、最初の磁極検出信号の変化点、図３の例ではＷ相センサ５ｃの立上り点Ｐを検出すると、従来の制御方法と同様にしてＵ相指令の標準励磁開始角を認識し、Ｕ相指令をＵ相標準指令に一致させる。
このようにして、標準指令に基づく励磁が開始された後は、各相の励磁は以下のように行われる。
【００３１】
すなわち、特定の相の磁極検出器、例えばＵ相センサ５ａを基準とし、図３に示すＵ相センサ５ａの磁極検出信号の１周期目を終了する変化点である立下り点Ｌの角度位置をリニア式エンコーダ１６からの電気角により測定し、その電気角を開始角度位置と認識してＵ相指令の指令値をＵ相標準指令の起点の指令値に修正してＵ相指令をＵ相標準指令に基づいたＵ相指令に変更する。他の相もその位相差分をずらせた各相の標準指令の基づいた励磁指令に変更する。
【００３２】
つまり、１周期目を終了する立下り点Ｌは２周期目を開始する角度位置でもあるので、本実施例の立下り点Ｌのように永久磁石の取付精度等により本来の変化点とは異なった変化点となった場合は、その一組のＳ極とＮ極の永久磁石の間はその組に合わせた各相の励磁指令により各相のコイル４への励磁を行う。
そして、２周期目を終了する変化点である立下り点Ｍの角度位置を前記と同様に測定し、この開始角度位置によりＵ相指令の指令値をＵ相標準指令の起点の指令値に修正してＵ相コイル４ａへの励磁を継続する。つまり立下り点Ｍは本来の変化点であるので、立下り点Ｌで変更された各相の励磁指令を本来の各相の励磁指令に変更して各相のコイル４への励磁を継続する。
【００３３】
上記の磁極検出信号の変化点の検出方法について図４を用いて説明する。
本実施例の変化点の検出は、磁極検出信号を所定の電気角間隔で設定した図４に示すサンプリング時期毎に読取り、磁極検出信号がローレベルからハイレベル（またはハイレベルからローレベル）に変化ときに、その変化したサンプリング時期とその一つ前のサンプリング時期との中点Ｔを変化点として検出する。このようにすれば磁極検出信号の変化を検出したサンプリング時期を変化点として検出する場合に較べて実際の変化点との誤差を減少させることができ、リニアモータの制御精度を向上させることができる。
【００３４】
このことは、スライダ１２の移動速度が高速である場合に特に有効であり、実施例１のロータ２の回転速度が高速である場合も同様の効果を得ることができる。
以上説明したように、本実施例では、特定の相の磁極検出器の磁極検出信号を基準として電気角の１周期毎にその角度位置を測定し、これを開始角度位置として各相のその１周期を励磁するので、長尺のリニアモータにおいても電気角の誤差の拡大を防止することができ、リニアモータの駆動時の安全性を確保することができる。
【００３５】
なお、上記では実施例１をサーボモータを例に、実施例２をリニアモータを例に説明したが、それぞれの実施例はどのような形式のＰＭ型モータであっても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】実施例１の磁極検出信号とＵ相指令を示す説明図
【図２】実施例２のリニアモータを示す説明図
【図３】実施例２の磁極検出信号とＵ相指令を示す説明図
【図４】実施例２の磁極検出信号の変化点の検出方法を示す説明図
【図５】サーボモータを示す説明図
【図６】従来の磁極検出信号とＵ相指令を示す説明図
【符号の説明】
【００３７】
１    サーボモータ
２    ロータ
３    ステータ
４    コイル
４ａ  Ｕ相コイル
４ｂ  Ｖ相コイル
４ｃ  Ｗ相コイル
５    センサ
５ａ  Ｕ相センサ
５ｂ  Ｖ相センサ
５ｃ  Ｗ相センサ
１１  リニアモータ
１２  スライダ
１３  レール
１６  リニア式エンコーダ
１６ａ  スケール
１６ｂ  検出ヘッド
【図１】
2006203961.tif 000003
【図２】
2006203961.tif 000004
【図３】
2006203961.tif 000005
【図４】
2006203961.tif 000006
【図５】
2006203961.tif 000007
【図６】
2006203961.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成17年1月18日(2005.1.18)
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、ＰＭ（Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ）型モータの制御方法に関する。