(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源を入力しモータへの給電線を介して電力を供給するモータ制御装置と、前記モータと、前記モータの位置を検出するセンサと、を備えたモータ制御システムにおいて、
前記モータ制御装置が、前記給電線と絶縁するためのコンデンサと前記コンデンサに接続されるパルストランスとを有したサーボ側信号送受信部を備えるものであって、
前記センサが、前記給電線と絶縁するための他のコンデンサと前記他のコンデンサに接続される他のパルストランスとを有したセンサ側信号送受信部と、前記給電線を介して制御電源を生成して該生成された前記制御電源の電圧を監視し電源電圧情報を出力するセンサ側制御電源と、を備え、
前記モータ制御装置から前記センサへの給電と、前記モータ制御装置と前記センサ間で送受信するセンサ信号と、を前記給電線に重畳させると共に、
前記電源電圧情報に基づいて、前記モータが動作しないように出力制御して前記センサへ給電し、前記センサへの給電を完了した後、前記モータの通常運転を開始することを特徴とするモータ制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主たる電機品への電力給電線を介して、その周辺の小電力電気機器への電源給電とその信号の伝送をするモータ制御システムに関し、特に、モータ制御装置とモータとセンサを有するモータ制御システムにおいて、モータ給電線を介してセンサへの信号伝送と電源給電をするモータ制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
図４は、第１の従来例であるモータ制御システムのサーボ制御系への適用例である。図において、１はモータ制御装置、２はコンバータ部、３は平滑コンデンサ、４はインバータ部、５は出力電流検出部、６は制御電源、７は制御部、８は送受信部、２１は交流電源、３１はモータ、４５はエンコーダ、４６はエンコーダ回路部である。モータ制御システムは、モータ制御装置１とモータ３１とエンコーダ４５で構成され、モータ制御装置１とモータ３１は給電線５１１，５１２，５１３で接続され、モータ制御装置１は給電線５１１，５１２，５１３を介してモータ制御に必要な電力のみをモータ３１に給電する。また、モータ制御装置１とエンコーダ４５は専用線８１で接続され、モータ制御装置１は専用線８１を介して電源の給電とエンコーダ信号の送受信をする。
【０００３】
また、エンコーダ回路部４６は、エンコーダ４５内に搭載されるものであって、信号処理部４６１と送受信部４６２と電源部４６３で構成され、信号処理部４６１には位置検出回路や検出信号の内挿演算回路等が含まれる。また、電源部４６３は、モータ制御装置１からの制御電源の給電に対し、フィルタ回路等を構成しているのみである。また、専用線８１は、接続されるエンコーダ４５の種類に応じて、シリアル信号線であったりパラレル信号線であったり、また、ノイズ耐量を上げるためのシールド線であったりする。
このように、従来のモータ制御システムでは、モータ３１への電力給電線５１１，５１２，５１３とエンコーダ４５への電源給電およびエンコーダ信号の送受信のための専用線８１が別個に設けられている。なお、第１の従来例は、一般的なモータ制御システムを代表する構成を示すものである。
【０００４】
第２の従来例は、産業用搬送機器などに使用されるブラシレスモータの相励磁切替え情報（ポールセンサ信号）を伝送するブラシレスモータ制御装置に関するものであり、ドライバ本体から相励磁切替え信号出力基板本体へ電源を供給する１対（２本）の電源電圧供給線に、相励磁切替え信号出力基板本体から相励磁切替え情報を重畳して送り、ドライバ本体で相励磁切替え情報を分離して取出したり、また、ドライバ本体から相励磁切替え信号出力基板本体へ電源を供給する１対（２本）の電源電圧供給線に、相励磁切替え信号出力基板本体から相励磁切替え情報を重畳して送り、ドライバ本体で相励磁切替え情報を分離して取出すとともに、ドライバ本体から制御信号を前記電源電圧供給線に重畳して送り、相励磁切替え信号出力基板本体で制御信号を分離して取出すというように、双方向の通信を行うブラシレスモータ制御装置の構成が開示されている。
これにより、省線化されて生産性が優れ、且つ信頼性の高いブラシレスモータ制御装置を実現し、また、確実で信頼性の高い双方向の通信に基づき、ブラシレスモータ制御装置を実現するのである（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
第３の従来例は、空気調和機における室内機と室外機との間で情報信号の通信を行なう空気調和機に係り、特に、室内機，室外機間の電力線を介して通信を行なうようにした空気調和機に関するものであり、室内機と室外機の間に接続された直流電力線を介し、情報信号を直流電圧に重畳して送受信させるようにした構成が開示されている。
これにより、通信専用の配線が不要となり、室内機、室外機間の配線本数が少なくなるので、配線工事や据付け工事が容易となるとともに、安価なものにすることができるのである（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
第４の従来例は、電力線を用いたデータ伝送装置に関するものであり、電力線に流れている商用電源ＡＣ１００Ｖ（５０Ｈｚ／６０Ｈｚ）の交流に１２５ｋＨｚまたは１６５ｋＨｚの搬送波を重畳させてデータ伝送するために、送受信ユニットを備え、電力線と送受信ユニットとの絶縁は、コンデンサを用いることによって実現し、疑似インダクタンス回路を設けた構成が開示されている。
これにより、搬送波の周波数に共振させるというトランスの調整工程の必要のないトランスレス化を実現している（例えば、特許文献３参照）。
第２〜４の従来例のように、電力線に通信信号を重畳させて情報伝送する電力線通信システムは、様々な手段での提案がされている。
【特許文献１】特開２００５−０３９８９２号公報（第５−７頁、図１）
【特許文献２】特開平７−３３２７４６号公報（第４−７頁、図１）
【特許文献３】実開平６−０６２６５０号公報（第５−７頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
第１の従来例である一般的なモータ制御システムは、モータへの電力給電線とエンコーダへの電源給電およびエンコーダ信号の送受信のための専用線が別個に設けられているため、ケーブルの本数が多くシステムの配線が煩わしいという問題点があった。
また、モータの多軸制御を必要とする産業用ロボットや工作機械、実装機等のメカトロニクス装置において、ケーブル本数が多ければ配線引き回しに依るノイズの影響が出るという問題もあった。また、システムの小型化や省スペース化に際し、ケーブル本数が多ければ配線スペースの確保が難しいという問題点もあった。また、モータ制御装置とモータ、エンコーダ間のケーブル長が長くなる場合、ケーブルコストが嵩んだり、エンコーダへの電源電圧降下に依るシステム異常が発生するという問題点もあった。
また、モータ制御装置の制御電源は、エンコーダ用の電源容量を確保して設計する必要があり、制御電源の小型化や低コスト化を妨げることとなり、また、エンコーダ種類に依る電源容量の違いを考慮して設計する必要があるため、汎用性を高める妨げにもなるという問題点もあった。
第２〜４の従来例である電力線通信システムは、電力線に通信信号を重畳させて情報伝送するのみであり、モータ制御装置からモータやエンコーダへの給電や信号の送受信を考慮した省配線のモータ制御システムには適用できないという問題点もあった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、モータ制御装置からモータへの電力給電線にエンコーダへの給電およびエンコーダ信号を重畳し、ケーブルの省配線化や低コスト化を図りつつ、ケーブル長が長い場合においてもエンコーダへの給電とエンコーダ信号の送受信を確実に実施できるモータ制御システム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】
【０００８】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、交流電源を入力しモータへの給電線を介して電力を供給するモータ制御装置と、前記モータと、前記モータの位置を検出するセンサと、を備えたモータ制御システムにおいて、前記モータ制御装置が、前記給電線と絶縁するためのコンデンサと前記コンデンサに接続されるパルストランスとを有したサーボ側信号送受信部を備えるものであって、前記センサが、前記給電線と絶縁するための他のコンデンサと前記他のコンデンサに接続される他のパルストランスとを有したセンサ側信号送受信部と、前記給電線を介して制御電源を生成して該生成された前記制御電源の電圧を監視し電源電圧情報を出力するセンサ側制御電源と、を備え、前記モータ制御装置から前記センサへの給電と、前記モータ制御装置と前記センサ間で送受信するセンサ信号と、を前記給電線に重畳させると共に、前記電源電圧情報に基づいて、前記モータが動作しないように出力制御して前記センサへ給電し、前記センサへの給電を完了した後、前記モータの通常運転を開始するものである。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１に記載の発明によると、ケーブルの省配線化や低コスト化を図ることができ、システムにおける配線の煩わしさをなくすことができる。また、モータの多軸制御を必要とする装置において、配線引き回しに依るノイズの影響を低減できる。また、システムの小型化や省スペース化に際し、配線スペースの確保がし易くなる。また、簡単な構成でモータへの給電線を介して、センサへの電源給電とセンサ信号の送受信をすることができる。更に、高圧ラインである給電線と２次側であるセンサ信号回路を絶縁し、感電等の危険性を低減することができる。
また、簡単な構成で制御電源の生成と電力の保持をすることができ、センサ毎でそれに見合った制御電源を構成することができる。また、ケーブル長が長くなる場合、センサへの電源電圧降下に依るシステム異常が発生することがなくなり、信頼性向上を図ることができる。更に、モータ制御装置側制御電源の小型化や低コスト化を図ることができる。また、センサでの電力保持状態を常時監視することができ、信頼性向上を図ることができる。
また、確実なモータ制御をすることができる。また、モータの誤動作や暴走を防止でき、モータに接続される機構系を破損させることなく、モータ制御できる。
また、モータ制御装置に接続されるモータの種類に依らず、センサへ安全、確実に給電と電力保持をすることができ、誤動作や異常を低減でき、信頼性向上を図ることができる。また、如何なるモータにも対応することができ、モータ制御装置の汎用性が高まる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１は、本発明のモータ制御システムの構成を示す概略ブロック図である。図において、１はモータ制御装置、１１はサーボアンプ、１２は出力フィルタ、１３はサーボ側信号送受信部、２１は交流電源、３１はモータ、４１はセンサ、４２はセンサ回路部である。モータ制御システムは、モータ制御装置１とモータ３１とセンサ４１で構成され、モータ制御装置１とモータ３１は給電線５１で接続され、また、モータ制御装置１とセンサ４１は給電線５１と信号線６１、６２で接続される。モータ制御装置１は、給電線５１を介してモータ制御に必要な電力をモータ３１に給電すると共に、給電線５１と信号線６１、６２を介してセンサ４１への電源の給電とセンサ信号の送受信をする。
【００１２】
また、センサ回路部４２は、センサ４１内に搭載されるものであって、信号処理部４２１とセンサ側信号送受信部４２２とセンサ側制御電源４２３で構成される。また、センサ側制御電源４２３は、給電線５１を介してセンサ４１に必要な制御電源を生成してセンサ回路部４２内に電源供給７２し、また、生成した制御電源の電力を保持すると共に、生成した制御電源電圧を監視し、電源電圧情報７１を信号処理部４２１へ出力する。また、信号処理部４２１には、位置検出回路や検出信号の内挿演算回路等が含まれ、検出位置データ等やセンサ側制御電源４２３からの電源電圧情報をセンサ側信号送受信部４２２に出力すると共に、センサ側信号送受信部４２２の送受信制御をする。また、センサ側信号送受信部４２２は、信号処理部４２１からの制御信号に基づいて、信号処理部４２１からの検出位置データ等やセンサ側制御電源４２３からの電源電圧情報等の送信信号とモータ制御装置１からのパラメータ等の受信信号を送受信する。
【００１３】
本発明が第１の従来例である一般的なモータ制御システムと異なる部分は、モータ３１への給電線５１を介して互いに接続されるサーボ側信号送受信部１３とセンサ側信号送受信部４２２とセンサ側制御電源４２３を備え、給電線５１を介してモータ制御に必要な電力をモータ３１に給電すると共に、給電線５１と信号線６１、６２を介してセンサ４１への電源の給電とセンサ信号の送受信をするために、図４の専用線８１の代わりに、センサ４１への給電とセンサ信号の送受信を給電線５１に重畳させる点である。
また、第２〜４の従来例である電力線通信システムと異なる部分は、モータ制御に必要な構成を備えた部分であり、特に、電力線に通信信号を重畳させて情報伝送するのみでなく、モータへの給電に加えてエンコーダへの給電とエンコーダ信号の送受信をする点である。
【００１４】
図２は、本発明のモータ制御システムのサーボ制御系への適用例である。図１内の主な構成要素について詳述した図に相当し、図において、図１と同符号の構成要素は同様の作用効果を示すため、説明は省略する。また、モータ制御装置１の入力として３相交流電源２１、出力として３相モータ３１の例を示しており、５１１、５１２、５１３はモータ３１への給電線である。また、図１でのセンサ４１とセンサ回路部４２は、それぞれエンコーダ４３、エンコーダ回路部４４に相当し、センサ側信号処理部４２１とセンサ側信号送受信部４２２とセンサ側制御電源４２３は、それぞれセンサ側信号処理部４４１とセンサ側信号送受信部４４２とセンサ側制御電源４４３に相当する。また、サーボアンプ１１は、コンバータ２、平滑コンデンサ３インバータ部４、出力電流検出部５、サーボ側制御電源６、制御部７で構成される。また、センサ側制御電源４４３は、交流／直流変換器１０１、蓄電部１０２、電圧監視部１０３で構成される。
【００１５】
モータ制御装置１によるモータ３１の通常運転時の動作について説明する。モータ制御装置１の外部からの運転指令や制御ゲイン設定やパラメータ設定を制御部７で処理し、制御部７は位置制御や速度制御やトルク制御を行い、運転指令に基づくＰＷＭ信号、ＰＷＭ信号に基づくゲートドライブ信号をインバータ部４に出力し、インバータ部４内のパワー素子（ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ）を駆動する。コンバータ部２は、交流電源２１を直流母線電源ＰＮ（図示しない）に変換する。インバータ部４は、直流母線電源ＰＮ（図示しない）を交流に変換しゲートドライブ信号に基づくスイッチング動作をし、外部からの運転指令に応じた電力をモータ３１への給電線５１１、５１２、５１３を介して供給する。
なお、ここでの通常運転動作は、一般的なモータ制御における技術として周知であるため、詳述は省略する。
【００１６】
また、モータ制御に必要な電流フィードバック信号は、ＤＣＣＴやシャント抵抗等の出力電流検出部５で検出された出力電流（電圧）信号として制御部７にフィードバックされる。また、位置フィードバック信号は、センサ側信号処理部４４１内の位置検出部で検出されたアナログ信号やパルス信号等を内挿演算部で信号処理し、センサ側信号処理部４４１からの制御信号に基づいてセンサ側信号送受信部を制御して、位置フィードバック信号を給電線５１２、５１３に重畳させ送信する。一方、モータ制御装置１では、制御部７からの制御信号に基づいてサーボ側信号送受信部１３を制御して給電線５１２、５１３に重畳した位置フィードバック信号を受信し、制御部７にフィードバックされる。なお、送受信されるセンサ信号は、位置フィードバック信号や電源電圧情報やパラメータ等がある。また、本実施例においては、給電線５１２、５１３に重畳する例を示しているが、他の２相の給電線、あるいは、３相の給電線に重畳させても良い。
【００１７】
また、本実施例においては、１つのサーボ側信号送受信部１３を使用する例を示しているが、複数のサーボ側信号送受信部１３を使用して、それぞれのサーボ側信号送受信部１３からの受信データを制御部７で比較し、それぞれが完全に合致した場合、あるいは、ある範囲内で合致した場合、受信データは正しいと判断してモータ制御するようにしても良い。また、同様に、本実施例においては、１つのセンサ側信号送受信部４４２を使用する例を示しているが、複数のセンサ側信号送受信部４４２を使用して、それぞれのセンサ側信号送受信部４４２からの受信データをセンサ側信号処理部４４１で比較し、それぞれが完全に合致した場合、あるいは、ある範囲内で合致した場合、受信データは正しいと判断してモータ制御するようにしても良い。
【００１８】
次に、エンコーダ４３の制御電源について説明する。第１の従来例である一般的なモータ制御システムでは、モータ制御装置１より専用線を介して給電されていた。しかし、本発明のモータ制御システムでは、モータ制御装置１によるモータ３１の通常運転の場合、給電線５１１、５１２、５１３に流れる数十Ｈｚ以下の交流電圧および電流に基づいて、交流／直流変換器１０１を通して、エンコーダ４３用の規定の直流電源電圧を得て、蓄電部１０２の例えば、大容量コンデンサや２次電池に一部電力が保持され、この保持された電力を電源として使用する。
よって、エンコーダ４３内部で制御電源を生成するため、モータ制御装置とモータ、エンコーダ間のケーブル長が長くなる場合、エンコーダへの電源電圧降下に依るシステム異常が発生するという懸念がなくなり、また、エンコーダ種類に依る電源容量等の違いをエンコーダ自身で考慮すれば良く、サーボ側制御電源６の負担を大いに減らすことができる。
【００１９】
また、センサ側制御電源４４３は、電源電圧監視回路を有する電圧監視部１０３を備え、規定の電源電圧との差異を監視し、低電圧、正常電圧、過電圧等の電源電圧情報をエンコーダ信号として給電線５１１、５１２、５１３に重畳し、モータ制御装置１へ伝送する。モータ制御装置１では、その電圧情報に基づいて、後述の出力制御方法でモータ３１が動作しない（回転しない）ようにモータ３１への出力を制御し、エンコーダ４３への給電をする。例えば、エンコーダ４３からの電源電圧情報が低電圧であった場合は、電源電圧情報が正常電圧になるまで後述の出力制御を継続する。電源電圧情報が低電圧となる場合は、通常運転でのサーボロックの場合やモータ制御装置１の出力の長時間ゼロ状態が継続した場合、システムでの何らかの異常等が考えられる。
【００２０】
次に、モータ制御装置１でのエンコーダ４３からの電圧情報に基づく、モータ３１への出力制御方法について説明する。モータ制御装置１でのエンコーダ４３からの電圧情報に基づく、モータ３１への出力制御方法は、モータ制御装置１に接続されるモータの種類によって異なる制御を行なう。
モータ３１がＤＣサーボモータの場合、発生トルクが静止摩擦トルク以内となるように電流（電圧）を出力する。
また、同期型ＡＣサーボモータの場合、磁極検出後、磁極位置と同位置（電気角０度）または電気角１８０度の電流ベクトルの方向へ電流（電圧）を出力する。ここで、磁極検出は、次の２通りが大きく考えられる。１つの磁極検出はポールセンサによる磁極検出であり、ポールセンサ信号の送信は前述の給電線を介して行なわれるため、電源投入直後は前述のエンコーダ４３への給電方法で給電し、ポールセンサ信号により磁極検出した後、前述の出力制御方法を行なう。もう１つの磁極検出はポールセンサレスのソフトウェア等による磁極検出であり、電源投入直後は前述のエンコーダ４３への給電方法で給電し、ソフトウェア等による磁極検出をした後、前述の出力制御方法を行なう。
また、誘導型ＡＣサーボモータの場合、任意の相に直流電流（電圧）を出力する。
また、前述したモータ以外のモータの場合、動作しない（回転しない）位の振幅の電流（電圧）を出力、または、機械系が応答しない位の高周波の電流（電圧）を出力する。
【００２１】
すなわち、磁極検出が必要な場合は、電源投入直後に前述のエンコーダ４３への給電方法で給電し、次に磁極検出した後、いずれもモータ３１が動作しない（回転しない）ようにモータ３１への出力を制御し、エンコーダ４３への給電をするため、エンコーダ４３では安全、確実に電力を保持することができる。よって、モータ制御装置に接続されるモータの種類に依らず、センサへ安全、確実に給電と電力保持をすることができ、誤動作や異常を低減でき、信頼性向上を図ることができる。また、如何なるモータにも対応することができ、モータ制御装置の汎用性が高まる。
【００２２】
次に、モータ制御装置１の出力ラインに挿入する出力フィルタ１２について説明する。ＰＷＭ制御されるモータ制御装置１は、その出力に出力電圧(電流)の高調波成分を抑制するため、また、出力高調波に依るエンコーダ信号伝送のＳ／Ｎ比への影響を軽減させるための低域フィルタを挿入する。ここでのフィルタ定数の影響は、エンコーダ信号伝送の伝送品質向上とエンコーダ電源の電力伝送能力とのトレードオフ関係にある。
【００２３】
図３は、（ａ）出力フィルタ、（ｂ）サーボ側信号送受信部、（ｃ）センサ側信号送受信部の構成一実施例である。図において、２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６はリアクトル、３０１、３０２、３０３、３０４、３０５、３０６、３０７はコンデンサ、４０１、４０２はパルストランスである。
例えば図２において、サーボ側信号送受信部１３やセンサ側信号送受信部４４２は、給電線５１２、５１３とコンデンサ３０４、３０５、３０６、３０７がそれぞれ接続され、パルストランス４０１、４０２の１次コイルの両端にコンデンサ３０４、３０５、３０６、３０７が接続される。また、パルストランス４０１、４０２の２次コイルは、それぞれ制御部７とセンサ側信号処理部４４１に接続される。すなわち、高圧ラインである給電線とセンサ信号をコンデンサでデカップリングし、パルストランスで２次側である制御部７とセンサ側信号処理部４４１とを絶縁している。
【００２４】
なお、出力フィルタ１２、サーボ側信号送受信部１３、センサ側信号送受信部４２２は、本実施例での構成に限る必要はなく、それぞれの目的に対する効果を奏するものであれば良い。例えば、出力フィルタ１２であれば、出力電圧(電流)の高調波成分を抑制するため、また、出力高調波に依るエンコーダ信号伝送のＳ／Ｎ比への影響を軽減させる効果を相するものであれば良い。
【００２５】
また、サーボ側信号送受信部１３やセンサ側信号送受信部４２２は、パルストランスで構成するものでなく、従来例４（特許文献３）のような電力線と送受信ユニットとの絶縁は、コンデンサを用いることによって実現し、疑似インダクタンス回路を設けた構成としても良い。また、センサ信号の送受信に際する制御部７からサーボ側信号送受信部１３への制御信号とセンサ側信号処理部４２１からセンサ側信号送受信部４２２への制御信号の制御方法は、周知の通信技術による制御方法を用いて送受信すれば良い。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
主たる電機品への電力給電線を介して、その周辺の小電力電気機器への電源給電とその信号の伝送をすることができるので、省配線を必要とした多軸の電機システムに適用できる。例えば、産業用ロボットや工作機械、実装機、半導体または液晶製造装置等の用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明のモータ制御システムの構成を示す概略ブロック図である。
【図２】本発明のモータ制御システムのサーボ制御系への適用例である。
【図３】（ａ）出力フィルタ、（ｂ）サーボ側信号送受信部、（ｃ）センサ側信号送受信部の構成一実施例である。
【図４】第１の従来例であるモータ制御システムのサーボ制御系への適用例である。
【符号の説明】
【００２８】
１  モータ制御装置
２  コンバータ部
３  平滑コンデンサ
４  インバータ部
５  出力電流検出部
６  サーボ側制御電源
７  制御部
１１  サーボアンプ
１２  出力フィルタ
１３  サーボ側信号送受信部
２１  交流電源
３１  モータ
４１  センサ
４２  センサ回路部
４２１、４４１  センサ側信号処理部
４２２、４４２  センサ側信号送受信部
４２３、４４３  センサ側制御電源
４３  エンコーダ
４４  エンコーダ回路部
５１、５１１、５１２、５１３  給電線
６１、６２  信号線
７１  電源電圧情報
７２  制御電源線
８１  専用線
１０１  交流／直流変換器
１０２  蓄電部
１０３  電圧監視部
【図１】
0004753069.tif 000002
【図２】
0004753069.tif 000003
【図３】
0004753069.tif 000004
【図４】
0004753069.tif 000005