(57)【要約】  【課題】ブラシレスＤＣモータに搭載された磁気エンコーダの磁気ドラム偏心による出力電圧誤差の補正を行う。  【解決手段】角度推定器と誤差補正値計算器とメモリから構成される誤差補正器を搭載し、ブラシレスＤＣモータをセンサレス・ベクトル制御で駆動することにより磁気エンコーダにより計算した回転子角度とベクトル制御での角度推定器によって推定したブラシレスＤＣモータの回転子角度の差から磁気ドラム偏心により発生する角度誤差の誤差補正値を求める。  【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一ピッチでＮ極とＳ極を交互に繰り返し着磁された磁気ドラムと該磁気ドラム近傍の磁界を検出する磁気センサからなる磁気エンコーダを搭載したブラシレスＤＣモータにおいて、ブラシレスＤＣモータをセンサレス・ベクトル制御で駆動し、磁気ドラムの偏心等による磁気エンコーダの出力波形の歪みを補正する補正器を搭載したことを特徴としたブラシレスＤＣモータ。
【請求項２】
前記ブラシレスＤＣモータに通電される電圧と電流から回転子位置を推定する角度推定器と前記磁気エンコーダの出力波形から角度を計算する角度計算器と、該角度計算器と前記角度推定器を演算し誤差補正値を算出しメモリに保存することを特徴とした請求項１に記載のブラシレスＤＣモータ。
【請求項３】
従来のブラシレスＤＣモータ駆動回路に前記角度推定器と前記メモリから構成される誤差補正器をソフトウェアとして追加することにより、特別な設備を必要とせずに磁気エンコーダの出力波形の歪みを補正することを特徴とした請求項１及び２に記載のブラシレスＤＣモータ。
【請求項４】
前記誤差補正器の搭載により出荷後においても自動的に誤差補正が可能なことを特徴とした請求項１及び２、３に記載のブラシレスＤＣモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁気エンコーダを搭載するブラシレスＤＣモータの高精度化と低価格化に対応するもので、特に位置・速度センサである磁気エンコーダの磁気ドラムの偏心による出力信号誤差の補正に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
磁気エンコーダの出力信号誤差の補正法としては、磁気センサ、磁気ドラム、信号補正回路を中心に多くの方法が提案されている。高精度な位置制御や回転むら精度が要求される一定速度駆動、また可変速駆動を行うためにも高精度な位置・速度検出器が必要となり、検出精度が最終的な制御性能に大きく影響する場合が多い。
次に、従来の磁気エンコーダ の動作について説明する。
【０００３】
図３は従来から実施されている磁気エンコーダの構成を示す断面図で、１は磁気ドラム，２は回転軸、３はＭＲ素子を備えた磁気センサ、４は磁気媒体、５は軸受け、６は回路基板、７は止めネジである。図３において軸受け５に支持された回転軸２に、その外周に磁気媒体４が固着された磁気ドラム１を止めネジ７で固着し、該磁気ドラム１の外周と空隙を介して磁気センサ３が対向して配置されている。磁気ドラム１の外周と磁気センサ３との空隙は磁気ドラム１の着磁ピッチが小さくなると空隙も狭くする必要があり、高パルスとなる程空隙は狭くなり一般的には５０ミクロン程度が限界である。
【０００４】
図４は磁気ドラム１と回転軸２との固着方法を説明する説明図で、回転軸２の寸法公差に対して適切な穴公差で加工された磁気ドラム１を前記回転軸２に挿入し、止めネジ７で固定する方法が取られている。
図３，図４に示した従来技術に成る磁気エンコーダの構成においては、磁気ドラム１を回転軸２に止めネジ７で固定する際に僅かであるが回転軸２に対し磁気ドラム１が傾き磁気ドラム１の外径振れが発生する。この値は約１０〜１５ミクロンぐらいなることが経験値より得られている。このため、特に高いパルス数のエンコーダにおいては磁気ドラムと磁気センサの空隙に対する振れ（偏心）の影響度が大きく、ＭＲ素子の出力特性に大きく影響し振幅変動や周波数変動が生じる。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１９６０２
【特許文献２】特開平７−１９８９７、
【特許文献３】特開平５−３２２９２４、
【特許文献４】特開２００１−１２９６７、
【特許文献５】特開平８−６１９７９、
【特許文献６】特開平５−１８７８３  磁気エンコーダの偏心による誤差の補正法として、特開平１０−１９６０２、特開平７−１９８９７、特開平５−３２２９２４、特開２００１−１２９６７、特開平８−６１９７９、特開平５−１８７８３では、複数個の磁気センサを用いてそれらの平均を出力信号としたり、差分を誤差信号として用いる方法を提案している。しかしながら、これらの方法では使用する磁気センサの数が増加することからコストアップとなり問題がある。
【０００６】
また、特開平１０−１９６０３、特開平５−２２３５９３では、磁気ドラムを軸に取り付けた後、軸を基準に磁気ドラム部を切削することで偏心を除去するとし、後切削加工方法について提案している。しかし、これらの方法では、切削設備が必要で、加工の段取り・工数等が発生することが問題となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
同一ピッチでＮ極とＳ極を交互に繰り返し着磁された磁気ドラムとその表面近傍の磁界を検出する磁気センサからなる磁気エンコーダでは、機械加工精度にもとづく磁気ドラムの偏心によって出力パルスに振幅変動、周波数変動の歪みが生じる。それらの誤差は最終的に位置・速度誤差となって現れ、検出精度の悪化を招く。
【０００８】
そのためには、磁気ドラムを真円に近づけ、偏心を減少させ、また側面を平滑にする必要がある。すなわち、回転着磁体の機械的精度を上げなければならないが、それにも限界がある。そこで、磁気センサの追加、磁気ドラムの追加工、高精度エンコーダによる誤差測定といった上述のような解決法が提案されているが、部品の追加や追加工による高価格化という問題点があった。
【０００９】
また、特開２０００−３４６８５９、特開２０００−２１３９５８では、別の高精度エンコーダを用いて予め誤差を測定する方法が提案されている。然し、これらの方法では、誤差測定の設備が必要となり、測定の工数等も発生することが問題となる。
【００１０】
本発明の目的は上述した問題点を解決し、安価に構成される方法で磁気ドラムの機械的精度に関する条件を著しく緩和しうるブラシレスＤＣモータ用磁気エンコーダを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の磁気エンコーダは、ブラシレスＤＣモータの軸に取り付けられた磁化パターンを有する磁気ドラムと、この磁気ドラムと対向配置し磁界変化を電位変化に変換し出力する磁気抵抗素子と、この磁気抵抗素子の出力を入力して磁気ドラム偏心による位置誤差を補正する補正器を備える。
また、本発明のエンコーダは補正用の誤差信号を検出するためにブラシレスＤＣモータのセンサレス・ベクトル制御回路を備える。
【００１２】
磁気センサの出力を２相とした場合、Ａ相の出力をＶａ、Ｂ相の出力をＶｂ、磁気ドラムの機械角速度をωｒ、磁気ドラムの電気角速度をωｅ、理想的な磁気センサ出力の振幅をＡｏ、磁気ドラム偏心による振幅変動分をａ１、振幅変動分の位相をδ１、磁気ドラム偏心による周波数変動分をa２、周波数変動分の位相をδ２とすると磁気センサの出力は（１）式のように表される。
【数１】
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【００１３】
磁気センサの出力を２相とした場合、（１）式から磁気ドラムの角度θｍｒは（２）式で表される。
【数２】
2006042537.tif 000004
【００１４】
磁気ドラム一回転のパルス数をｋｍｒ、モータの極対数をＰとすると磁気センサの出力から計算したモータの電気角θｒｅ-ｍｒは（３）式で表される。
【数３】
2006042537.tif 000005
【００１５】
一方、角度推定器で推定したモータの角度θｒｅ−ｅｓｔは角度推定器の低域通過特性で決められた推定可能周波数範囲内においては実際のモータの回転子角度と一致する。モータの回転子の角度をθｒｅ、推定可能な最大周波数をｆｃとすると角度推定器で推定したモータの角度推定値θｒｅ−ｅｓｔは（４）で表される。
【数４】
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【００１６】
即ち、磁気ドラム偏心による誤差θｅｒｒは磁気センサ出力から計算した角度θｒｅ-ｍｒと角度推定器で推定した角度推定値θｒｅ−ｅｓｔを使って（５）式のように得られる。
【数５】
2006042537.tif 000007
【００１７】
（５）式で推定した偏心誤差θｅｒｒを磁気ドラム一回転分メモリに保存する。磁気エンコーダを使用してモータを駆動するときは、磁気ドラムの角度に応じてメモリからθｅｒｒを読み出し、磁気センサの出力から計算したモータの電気角θｒｅ-ｍｒから磁気ドラム偏心による誤差θｅｒｒを引くことによって補正ができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のブラシレスＤＣモータでは、搭載された磁気エンコーダの出力信号波形を自己補正する事が可能で下記のような特徴がある。
（１）磁気ドラムの偏心精度と磁気センサの配置精度が緩和されて安価に製作することが可能である。
（２）従来方法の磁気センサの出力信号波形補正と異なり、特別な設備を無しで補正が可能である。
（３）ブラシレスＤＣモータをセンサレス・ベクトル制御で通電することで、出荷後の補正も可能である。
以上の優れた特徴があり、安価に高精度のエンコーダ出力信号が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
ブラシレスＤＣモータの軸に取り付けられた、同一ピッチでＮ極とＳ極を交互に繰り返し着磁された磁気ドラムとその近傍磁界を検出する磁気センサからなる磁気エンコーダを構成し、磁気センサの出力をマイコンに入力する。また、マイコンでブラシレスＤＣモータのセンサレス・ベクトル制御を構成しておいて、センサレス制御の回転子位置推定値と磁気センサから計算した位置との誤差を偏心による誤差と判断する。センサレス制御による回転子位置の推定値と磁気センサの出力をマイコンに取り込み、計算した回転子位置の誤差を偏差による位置誤差値として一回転分をメモリに保存する。駆動時には回転位置に応じてメモリから位置誤差値を読み出し、磁気センサ出力から計算した回転子位置に加えることで誤差の補正が行える。
【実施例１】
【００２０】
図１は、本発明による実施例である磁気エンコーダ２２を含むモータ制御システムの構成図である。これは、磁気ドラム１２とその表面近傍の磁界を検出する磁気センサ１３からなる磁気エンコーダ２２とブラシレスＤＣモータ１１の駆動を行うコントローラ２３とインバータ２１で構成された磁気エンコーダを用いた従来からのブラシレスＤＣモータ駆動システムである。この従来からのブラシレスＤＣモータ駆動システムのコントローラ２３内部に、回転子の角度を推定する角度推定器１５と誤差を計算する誤差補正値計算器１９、誤差補正値を保存するメモリ２０を付加したものが本発明のブラシレスＤＣモータの駆動システムである。
【００２１】
磁気ドラム１２の回転によって出力される磁気センサ１３の正弦波状の電圧を増幅回路１４で増幅し、コントローラ２３のＡＤ変換器１７に入力し、角度計算器１８でモータ１１の回転子の角度を計算する。一方、モータ１１の電圧と電流、若しくは電圧指令値と電流情報から角度推定器１５を用いて回転子の角度を推定する。回転子角度の推定値と磁気センサ出力から計算した回転子角度の差分を誤差として、誤差補正値計算器１９を用いて回転子角度に応じた誤差補正値を計算し、コントローラ２３内部のメモリ２０に保存する。モータ１１は角度推定器１５から得られた推定角度と推定速度を用いてモータ制御器１６によりセンサレス・ベクトル制御で駆動されている。
【００２２】
前記センサレス・ベクトル制御で駆動し、磁気ドラム１２の１周期分の誤差をメモリに保存する。
【００２３】
図２は、本発明による角度推定器１５と誤差補正値計算器１９とメモリ２０から構成される誤差補正器２４を用いてモータ１１を駆動する場合の構成である。前記手順によってメモリに保存された誤差補正値を、磁気エンコーダ２２出力電圧から角度計算器１８で計算した回転子角度の角度に応じて誤差補正器２４のメモリ２０から誤差補正値を読み出し誤差補正を行った角度を用いてモータ制御器１６により駆動を行う。
【００２４】
本発明の誤差補正器２４により磁気エンコーダ２２とコントローラ２３のみにより外部装置を用いることなく磁気エンコーダ２２の誤差補正を行うことができる。
【００２５】
図５は、磁気ドラム１２に偏心がある場合の磁気エンコーダ２２の出力を用いてブラシレスＤＣモータを速度制御した場合の回転変動と、その回転変動が本発明による誤差補正器２４を用いた誤差補正値により補正された結果、回転変動が除去される様子をシミュレーションしたものである。補正により、回転変動が無くなっている事が分かる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明のブラシレスＤＣモータの駆動システム
【図２】本発明の誤差補正値を用いたブラシレスＤＣモータの駆動システム
【図３】従来の磁気エンコーダの断面図
【図４】磁気ドラムと回転軸の固着方法説明図
【図５】誤差補正効果を示す回転変動シミュレーション
【符号の説明】
【００２７】
１：磁気ドラム
２：回転軸
３：磁気センサ
４：磁気媒体
５：軸受け
６：回路基板
７：止めネジ
１１：ブラシレスＤＣモータ
１２：磁気ドラム
１３：磁気センサ
１４：増幅器
１５：角度推定器
１６：モータ制御器
１７：Ａ／Ｄ変換器
１８：角度計算器
１９：誤差補正計算器
２０：メモリ
２１：インバータ
２２：磁気エンコーダ
２３：コントローラ
２４：誤差補正器
【図３】
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【図４】
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【図１】
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【図２】
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【図５】
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