(57)【要約】      （修正有）【課題】サーボ駆動装置では予め格納されているモータ識別コードしか識別できない。また数個の永久磁石内蔵型モータに必要な補償を行うのは難しい。とりわけ、従来技術における前記サーボ駆動装置はもしファームウェアを更新しなければ後発の前記サーボモータを駆動することはできない。【解決手段】サーボモータ２０と、サーボ駆動手段１０とを備え、しかもサーボモータはサーボ駆動手段に接続されているサーボモータ機構およびその作動方法である。サーボモータはモータユニット２２と、モータユニットに接続されているエンコーダ２４とを備えている。エンコーダはＣＰＵ２４Ａと、ＣＰＵに接続されている記憶部２４Ｂとを備えている。記憶部にはモータユニットのデータパラメータが格納されている。サーボ駆動手段は記憶部に格納されているモータユニットのデータパラメータによりモータユニットを制御する。【選択図】図３
2011087414.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サーボモータを備えたサーボモータ機構であって、前記サーボモータは、
モータユニットと、
前記モータユニットに機械的に接続されているエンコーダと、を備えており、前記エンコーダは、
ＣＰＵと、
前記ＣＰＵに電気的に接続されるとともに、前記モータユニットのデータパラメータが格納されている記憶部と、をさらに備えていることを特徴とするサーボモータ機構。
【請求項２】
前記サーボモータに電気的に接続されており、前記記憶部に格納されている前記モータユニットのデータパラメータに基づいて前記モータユニットを制御するサーボ駆動手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載のサーボモータ機構。
【請求項３】
前記サーボモータが永久磁石内蔵型モータであることを特徴とする請求項１または２に記載のサーボモータ機構。
【請求項４】
前記エンコーダが絶対値型エンコーダであることを特徴とする請求項３に記載のサーボモータ機構。
【請求項５】
前記記憶部には、前記モータユニットの直軸および交さ軸の抵抗値、インダクタンス、逆起電力、コギングトルクなどを含むデータパラメータが格納されていることを特徴とする請求項４に記載のサーボモータ機構。
【請求項６】
サーボ駆動手段およびサーボモータに応用されるサーボモータ機構の作動方法であって、前記サーボモータはモータユニットと、エンコーダとを備えており、前記エンコーダはＣＰＵと、前記モータユニットのデータパラメータが格納されている記憶部とを備えており、前記サーボモータ機構の作動方法は、
Ａ．前記ＣＰＵが前記記憶部から前記モータユニットのデータパラメータを読み取るステップと、
Ｂ．前記エンコーダが前記モータユニットのデータパラメータを前記サーボ駆動手段に送信するステップと、
Ｃ．前記サーボ駆動手段が前記モータユニットのデータパラメータに基づいて前記モータユニットを制御するステップと、を含むことを特徴とするサーボモータ機構の作動方法。
【請求項７】
ステップＡの前に、
Ａ１：前記サーボ駆動手段が、前記モータユニットのデータパラメータを送信するよう前記エンコーダに要求するステップ、をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載のサーボモータ機構の作動方法。
【請求項８】
ステップＡ１の前に、
Ａ２：前記サーボモータがモータ識別コードを前記サーボ駆動手段に送信するステップ、をさらに含むことを特徴とする請求項７に記載のサーボモータ機構の作動方法。
【請求項９】
前記サーボモータが永久磁石内蔵型モータであり、前記エンコーダが絶対値型エンコーダであることを特徴とする請求項６または７に記載のサーボモータ機構の作動方法。
【請求項１０】
前記記憶部には、前記モータユニットの直軸および交さ軸の抵抗値、インダクタンス、逆起電力、コギングトルクなどを含むデータパラメータが格納されていることを特徴とする請求項９に記載のサーボモータ機構の作動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はモータ機構およびその作動方法に関し、特にサーボモータ機構およびその作動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
制御位置、速度または加速度を閉ループ方式で制御する機構は、サーボ機構（ｓｅｒｖｏ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）と呼ばれている。一台のサーボ機構は通常、制御対象（ｐｌａｎｔ）と、アクチュエータ（ａｃｔｕａｔｏｒ）と、制御装置（ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）などの要素を備えている。制御対象は、例えばマシンアームまたは機械のワークテーブルなどといった制御される対象物である。アクチュエータの機能は制御対象に動力を付与するものであり、ガス、油圧または電力駆動の方式で実現される。もし油圧駆動方式を採用した場合、一般的には油圧サーボ機構と呼ばれる。現在、大多数のサーボ機構は電動方式を採用している。
【０００３】
アクチュエータはモータと、電力増幅器とを備えている。サーボ機構に応用されるように特別に設計されているモータはサーボモータと呼ばれている。サーボモータは通常、例えば光学エンコーダ（ｏｐｔｉｃａｌ ｅｎｃｏｄｅｒ）、レゾルバ（ｒｅｓｏｌｖｅｒ）または角度検出器（ａｎｇｌｅ ｄｅｔｅｃｔｏｒ／ｓｅｎｓｏｒ）などの位置フィードバック（ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｆｅｅｄｂａｃｋ）手段を内蔵している。現在、産業界に主に用いられているサーボモータには、ＤＣサーボモータ、永久磁石ＡＣサーボモータおよびＡＣインダクションサーボモータなどがある。このうち永久磁石ＡＣサーボモータが大多数を占めている。
【０００４】
制御装置の機能は、サーボモータ機構の閉ループ全体に、例えばトルク制御、速度制御および位置制御などの制御を提供するものである。そして現在、一般的な産業用サーボ駆動装置（ｓｅｒｖｏ ｄｒｉｖｅｒ）は通常、制御装置と、電力増幅器とを備えている。
【０００５】
図１を参照されたい。これは従来のサーボモータ機構の概略図である。そして図２も同時に参照されたい。これは従来のサーボモータ機構のブロック図である。従来のサーボモータ機構は、サーボ駆動装置１００と、サーボモータ４００とを備えている。前記サーボモータ４００はエンコーダ４２０と、モータユニット４４０とを備えている。前記サーボ駆動装置１００は前記エンコーダ４２０および前記モータユニット４４０に電気的に接続されている。前記サーボ駆動装置１００は前記モータユニット４４０の固定子（図示しない）に電流を供給して、磁場を発生させて、前記モータユニット４４０の回転子（図示しない）を駆動する。このうち、正確な三相電流を発生させるために、前記エンコーダ４２０により前記モータユニット４４０の回転子の角度をフィードバックする必要がある。
【０００６】
前記モータユニット４４０は前記エンコーダ４２０によりシリアル通信およびパルス方式で、前記モータユニット４４０における回転子の角度情報を前記サーボ駆動装置１００に送信する。可能な方法としては、電源が投入された後、前記サーボモータ４００がまず前記サーボモータ４００のモータ識別コードを前記サーボ駆動装置１００に送信するものが考えられる。これにより、前記サーボ駆動装置１００は前記サーボモータ４００の型番を取得できる。続いて、前記サーボ駆動装置１００内に格納されている対応するモータのパラメータを制御回路に応用する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、この方法では前記サーボ駆動装置１００は前記サーボ駆動装置１００内に予め格納されている前記サーボモータ４００のモータ識別コードしか識別できない。前記サーボ駆動装置１００が前記サーボ駆動装置１００内に格納されていないモータ識別コードを受信したときには、前記サーボ駆動装置１００は前記サーボモータ４００を駆動することはできない。
【０００８】
永久磁石内蔵型（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ、一般的にＩＰＭと呼ばれる）モータは、磁性体を回転子構造の内部に設けることで、モータのトルク−回転速度性能を高めて、モータのその他の特性を改善するものである。１９９０年以来、永久磁石内蔵型モータは高い効率を備えていることから、例えば自動車、冷房機器などの各種の民生用製品に広く応用されるようになっている。しかも遠くない将来、サーボモータは、表面磁石型モータに代わって永久磁石内蔵型モータを使用する状況はますます普遍化するものと見られる。
【０００９】
しかしながら、永久磁石内蔵型モータの特性は、例えば逆起電力を正弦波としにくいといった比較的非直線性である。前記サーボ駆動装置１００がモータ識別コードを格納できる空間には限界があるため、数個の永久磁石内蔵型モータに対してモータに必要な補償を行うのは難しい。とりわけ、従来技術における前記サーボ駆動装置１００はもしファームウェアを更新しなければ後発の前記サーボモータ４００を駆動することはできない。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記した従来技術における欠点を改善すべく、本発明の目的は後発のモータを駆動するとともにモータに必要な補償を行うことができるサーボモータ機構を提供するところにある。
【００１１】
上記した従来技術における欠点を改善すべく、本発明の他の目的は後発のモータを駆動するとともにモータに必要な補償を行うことができるサーボモータ機構の作動方法を提供するところにある。
【００１２】
上記した本発明の目的を達成するために、本発明のサーボモータ機構はサーボモータを備えている。前記サーボモータはモータユニットと、エンコーダとを備えている。前記エンコーダは前記モータユニットに機械的に接続されている。前記エンコーダはＣＰＵと、記憶部とをさらに備えている。前記記憶部は前記ＣＰＵに電気的に接続されている。前記記憶部には前記モータユニットのデータパラメータが格納されている。
【００１３】
上記した本発明の他の目的を達成するために、本発明のサーボモータ機構の作動方法はサーボ駆動手段およびサーボモータに応用される。前記サーボモータはモータユニットと、エンコーダとを備えている。前記エンコーダはＣＰＵと、記憶部とを備えている。前記記憶部には前記モータユニットのデータパラメータが格納されている。前記サーボモータ機構の作動方法は、前記ＣＰＵが前記記憶部から前記モータユニットのデータパラメータを読み取るステップと、前記エンコーダが前記モータユニットのデータパラメータを前記サーボ駆動手段に送信するステップと、前記サーボ駆動手段が前記モータユニットのデータパラメータに基づいて前記モータユニットを制御するステップと、を含む。
【発明の効果】
【００１４】
１．サーボ駆動手段は後発の前記サーボモータを駆動することができる。
２．異なる前記モータユニットの特性格差を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】従来のサーボモータ機構の概略図である。
【図２】従来のサーボモータ機構のブロック図である。
【図３】本発明のサーボモータ機構のブロック図である。
【図４】本発明のサーボモータ機構の作動方法のフローチャートである。
【図５】本発明のサーボモータ機構の非干渉補償の概略図である。
【図６】本発明のサーボ駆動手段およびエンコーダの作動タイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図３を参照されたい。これは本発明のサーボモータ機構のブロック図である。本発明のサーボモータ機構はサーボモータ２０と、サーボ駆動手段１０とを備えている。前記サーボ駆動手段１０は前記サーボモータ２０に電気的に接続されている。前記サーボモータ２０はモータユニット２２と、エンコーダ２４とを備えている。前記エンコーダ２４は前記モータユニット２２に機械的に接続されている。前記エンコーダ２４はＣＰＵ２４Ａと、記憶部２４Ｂとを備えている。前記記憶部２４Ｂは前記ＣＰＵ２４Ａに電気的に接続されている。
【００１７】
前記記憶部２４Ｂには、前記モータユニット２２の直軸（ｄ軸）および交さ軸（ｑ軸）の抵抗値、インダクタンス、逆起電力、コギングトルクなどを含むデータパラメータが格納されている。前記サーボ駆動手段１０は前記記憶部２４Ｂ内に格納されている前記モータユニット２２のデータパラメータに基づいて、前記モータユニット２２を制御する。前記サーボモータ２０は例えば永久磁石内蔵型モータとし、そして前記エンコーダ２４は絶対値型エンコーダとすることができる。
【００１８】
図４を参照されたい。これは本発明のサーボモータ機構の作動方法のフローチャートである。また同時に図３も参照されたい。まず、電源が投入されると（ステップＳ１０）、前記サーボモータ２０はモータ識別コードを前記サーボ駆動手段１０に送信する（ステップＳ２０）。続いて前記サーボ駆動手段１０は前記モータ識別コードに基づいて、前記モータユニット２２のデータパラメータを送信するよう前記エンコーダ２４に要求する（ステップＳ３０）。引き続き、前記エンコーダ２４のＣＰＵ２４Ａが前記エンコーダ２４の前記記憶部２４Ｂより前記モータユニット２２のデータパラメータを読み取る（ステップＳ４０）。その後、前記エンコーダ２４はモータユニット２２のデータパラメータを前記サーボ駆動手段１０に送信する（ステップＳ５０）。ここに至って、前記サーボ駆動手段１０は前記モータユニット２２を認識することになる。最後に、前記サーボ駆動手段１０は前記モータユニット２２のデータパラメータに基づいて、例えば非干渉補償、コギングトルクの解消または弱め磁束制御などを行うといった前記モータユニット２２を制御する（ステップＳ６０）。
【００１９】
図５を参照されたい。これは本発明のサーボモータ機構の非干渉補償の概略図である。前記エンコーダ２４（例えば絶対値型エンコーダ）は絶対角度を提供するので、回転角に関係する物理量において正確な補償が得られる。例示するならば、永久磁石内蔵型モータの三相逆起電力が台形に近づいたとき、電源が投入された後、前記サーボ駆動手段１０の処理手段１２は前記エンコーダ２４から前記モータユニット２２の逆起電力波形を得る。そこで、前記サーボ駆動手段１０の前記処理手段１２は非干渉補償回路１４、パルス変調部１６および絶縁ゲートバイポーラトランジスタ１８を制御し、後続の補償を行いトルクの平滑化制御を発生させる。
【００２０】
図６を参照されたい。これは本発明のサーボ駆動手段およびエンコーダの作動タイムチャートである。図中のＳ１は前記サーボ駆動手段１０が前記エンコーダ２４に送給する前記モータ識別コードを表しており、各サーボモータ２０はこのサーボモータ機構に取付けられた後に、独自のモータ識別コードが設定されるので、前記モータ識別コードはサーボ駆動手段１０が各サーボモータ２０を識別するための最初のデータとされる。前記エンコーダ２４の前記記憶部２４Ｂ内には前記モータ識別コードに対応するデータパラメータが格納されている。図中のＳ２〜Ｓ５は、前記エンコーダ２４が前記モータ識別コードに対応するデータを前記サーボ駆動手段１０にフィードバックするものを表している。前記サーボ駆動手段１０は通電されると、すべてのモータのデータパラメータの読み取りを開始することで（図中Ｓ２、Ｓ３など）、リアルタイムの角度位置がフィードバックされる（図中Ｓ４、Ｓ５など）。例えばＳ２は前記モータユニット２２の直軸（ｄ軸）および交さ軸（ｑ軸）の抵抗値データであり、Ｓ３は前記モータユニット２２の直軸（ｄ軸）および交さ軸（ｑ軸）のインダクタンスデータである。すべてのモータのデータパラメータの送信が完了した後、リアルタイムの角度位置がフィードバックされる。
前記エンコーダ２４の前記記憶部２４Ｂ内に格納されているデータパラメータは前記サーボモータ２０の製造時に、測定装置により整理された後、前記エンコーダ２４の前記記憶部２４Ｂ内に再度格納される。各モータは異なるデータパラメータを持っている。よって、前記サーボ駆動手段１０およびサーボモータ２０については、個別のモータの異なるデータパラメータを取得することで、性能全体としての平準化に寄与することになる。つまり、異なるモータの特性格差はこれにより低減されるということである。
【００２１】
日進月歩している科学技術において、さまざま異なる要求に応えるべく、サーボモータも絶えず新旧交代している。つまり、サーボ駆動装置は付随するようにファームウェアのアップグレード更新されることが求められる。しかし、これでは人的、物的なリソースの消費が膨大となってしまう。本発明では、ファームウェアのアップグレード更新における人的、物的なリソースの消費を大幅に削減することができる。本発明の技術的特徴は主に次のものを含む。
１．前記エンコーダ２４は前記ＣＰＵ２４Ａと前記記憶部２４Ｂとを備えている。前記記憶部２４Ｂは前記モータユニット２２のデータパラメータおよび角度に関係する逆起電力およびコギングトルク波形を格納するのに用いられる。
２．前記サーボ駆動手段１０は通電されると、前記モータユニット２２のすべてのデータパラメータの読み取りを開始することで、リアルタイムの角度位置がフィードバックされる。前記サーボ駆動手段１０は前記モータユニット２２のデータパラメータで補償を行うことで、前記モータユニット２２を平滑化して、効率を向上させる。
３．前記エンコーダ２４の記憶部２４Ｂ内に格納されているデータパラメータは前記サーボモータ２０の製造時に、測定装置により整理された後、前記エンコーダ２４の前記記憶部２４Ｂ内に再度格納される
４．永久磁石内蔵型モータは回転子の角度情報がなければ正確な補償ができないため、絶対値型エンコーダで絶対角度を提供して、回転角に関係する物理量において正確な補償が得られる。
【００２２】
本発明の長所は主に次のものを含む。
１．前記サーボ駆動手段１０は後発の前記サーボモータ２０を駆動することができる。
２．異なる前記モータユニット２２の特性格差を低減することができる。
【００２３】
上記をまとめるに、本発明が産業上の利用可能性、新規性および進歩性を備えており、しかも本発明の構造は同類の製品に見られず、公開使用もされていないことから、発明特許の出願要件を完全に満たすため、ここに特許法に基づき特許を出願するものである。
【符号の説明】
【００２４】
１００            サーボ駆動装置
４００            サーボモータ
４２０            エンコーダ
４４０            モータユニット
１０            サーボ駆動手段
２０            サーボモータ
２２            モータユニット
２４            エンコーダ
２４Ａ            ＣＰＵ
２４Ｂ            記憶部
Ｓ１０〜Ｓ６０        ステップ
１２            処理手段
１４            非干渉補償回路
１６            パルス変調部
１８            絶縁ゲートバイポーラトランジスタ
Ｓ１〜Ｓ５        サーボ駆動手段とエンコーダとの間における送信信号
【図１】
2011087414.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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