(57)【要約】【課題】エンコーダの１回転出カパルス数がエンコーダパルスカウンタの最大値を越える場合にも、回転子の回転角度の検出が可能な永久磁石同期電動機の回転子回転角度検出装置を得る。【解決手段】永久磁石同期電動機１１の回転子に接続されたロータリーエンコーダ１２の出力パルス数をカウントしてカウント値を出力するエンコーダパルスカウンタ１３と、ロータリーエンコーダ１２が一回転する毎に出力されるＺ相信号を検出するＺ相信号検出装置１４と、Ｚ相信号が発生したタイミングのカウント値を記憶するカウンタラッチ装置１５と、所定の演算周期でカウント値の偏差を演算するとともに、カウンタラッチ装置１５が記憶するカウント値を基準値として、カウント値の偏差の累積値を演算する演算装置１６と、当該カウント値の偏差の累積値を記憶する記憶装置１７とを備えている。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石同期電動機の回転子に接続されたロータリーエンコーダと、
上記ロータリーエンコーダの出力パルス数をカウントしてカウント値を出力するエンコーダパルスカウンタと、
上記ロータリーエンコーダが一回転する毎に出力されるＺ相信号を検出するＺ相信号検出手段と、
上記Ｚ相信号が発生したタイミングの上記カウント値を記憶するカウンタラッチ手段と、
所定の演算周期で上記カウント値の偏差を演算する偏差演算手段と、
上記カウンタラッチ手段が記憶する上記カウント値を基準値として、上記偏差演算手段が演算する上記カウント値の偏差の累積値を演算する累積値演算手段と
を備えたことを特徴とする永久磁石同期電動機の回転子回転角度検出装置。
【請求項２】
永久磁石同期電動機の回転子に接続されたロータリーエンコーダと、
上記ロータリーエンコーダの出力パルス数をカウントしてカウント値を出力するとともに、予め設定された所定の最大値に上記カウント値が到達したときに、当該カウント値がリセットされるエンコーダパルスカウンタと、
前演算周期における上記エンコーダパルスカウンタによる上記カウント値を記憶する前カウント値記憶手段と、
現演算周期における上記エンコーダパルスカウンタによる上記カウント値から、上記前カウント値記憶手段に記憶された上記カウント値を減算して、上記カウント値の偏差を演算する偏差演算手段と、
上記偏差演算手段による上記カウント値の偏差が、上記エンコーダパルスカウンタの上記最大値より小さい所定のしきい値未満場合には、当該偏差をそのまま出力し、上記しきい値よりも大きい場合に当該偏差に上記最大値を加算したものを偏差として出力する偏差補正手段と、
上記ロータリーエンコーダが一回転する毎に出力されるＺ相信号を検出するＺ相信号検出手段と、
上記Ｚ相信号が発生したタイミングの上記カウント値を記憶するカウンタラッチ手段と、
現演算周期中に上記Ｚ相信号検出手段による上記Ｚ相信号の検出があったか否かを判定し、検出があった場合には、現演算周期における上記エンコーダパルスカウンタによる上記カウント値から上記カウンタラッチ手段に記憶された上記カウント値を減算した値を、上記カウント値の偏差の累積値として出力し、当該検出がなかった場合には、前回の上記Ｚ相信号の検出があった時点から前演算周期までの上記カウント値の偏差の累積値に上記偏差補正手段から出力される上記偏差を加算して上記カウント値の偏差の累積値として出力する累積値演算手段と、
上記累積値演算手段による上記カウント値の偏差の累積値を記憶する累積値記憶手段と、
現演算周期における上記カウント値を用いて、上記前カウント値記憶手段に記憶されている前演算周期における上記カウント値を更新するカウント値更新手段と
を備えたことを特徴とする永久磁石同期電動機の回転子回転角度検出装置。
【請求項３】
上記累積値演算手段の上記カウント値の偏差の累積値は、上記ロータリーエンコーダの一回転の出力パルス数と同じ値に到達したときにリセットされることを特徴とする請求項１または２に記載の永久磁石同期電動機の回転子回転角度検出装置。
【請求項４】
上記累積値演算手段の上記カウント値の偏差の累積値は、上記Ｚ相信号検出手段が上記Ｚ相信号を検出したタイミングでリセットされることを特徴とする請求項１または２に記載の永久磁石同期電動機の回転子回転角度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は永久磁石同期電動機の回転子回転角度検出装置に関し、特に、エレベータの駆動電動機等の用途で用いられる永久磁石同期電動機の回転子回転角度検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固定子と回転子とを有する永久磁石同期電動機の制御を行う際には、固定子に対する回転子の回転角度の検出が必要となる。一般に、永久磁石同期電動機の回転子回転角度検出は、回転子に接続されたエンコーダと、該エンコーダの所定の位置に設けられたセンサから出力されるエンコーダの基準位置を示すＺ相信号を検出するＺ相検出回路と、カウンタによりエンコーダからの出カパルス数をカウントして、カウント値を出力する回転量算出回路とを用いて行う。回転量算出回路のカウント値は、Ｚ相検出回路がＺ相信号を受信する毎にリセットされ、０（ゼロ）になるので、該出力パルス数のカウント値により、Ｚ相を基準とした回転子の回転角度を算出することができる（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１４５５５２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この種の従来の電動機の回転子回転角度検出装置においては、エンコーダの１回転出カパルス数がカウンタの最大値を超えるものであると、エンコーダパルスカウンタのカウント値のオーバーフローが発生し、その場合には、回転子の回転角度を一意に定められなくなるため、エンコーダの１回転の発生パルス数がエンコーダパルスカウンタの最大値を超えないような組み合わせとしなければならず、エンコーダの１回転出カパルス数が大きい場合には、規模の大きなエンコーダパルスカウンタを用いなければならないという制約があった。
【０００５】
本発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、エンコーダの１回転出カパルス数がエンコーダパルスカウンタの最大値を越える場合にも、回転子の回転角度の検出が可能な永久磁石同期電動機の回転子回転角度検出装置を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、永久磁石同期電動機の回転子に接続されたロータリーエンコーダと、上記ロータリーエンコーダの出力パルス数をカウントしてカウント値を出力するエンコーダパルスカウンタと、上記ロータリーエンコーダが一回転する毎に出力されるＺ相信号を検出するＺ相信号検出手段と、上記Ｚ相信号が発生したタイミングの上記カウント値を記憶するカウンタラッチ手段と、所定の演算周期で上記カウント値の偏差を演算する偏差演算手段と、上記カウンタラッチ手段が記憶する上記カウント値を基準値として、上記偏差演算手段が演算する上記カウント値の偏差の累積値を演算する累積値演算手段とを備えた永久磁石同期電動機の回転子回転角度検出装置である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る永久磁石同期電動機の回転子回転角度検出装置の全体の構成を示した図である。本実施の形態に係る永久磁石同期電動機の回転子回転角度検出装置は、図１に示すように、永久磁石同期電動機１１の回転子（図示省略）に接続されたロータリーエンコーダ１２と、ロータリーエンコーダ１２から出力されるパルス数をカウントしてエンコーダパルスカウント値ＥＮＣ１として出力するエンコーダパルスカウンタ１３と、ロータリーエンコーダ１２の所定の１箇所にセンサ（図示省略）を設けておき、ロータリーエンコーダ１２が一回転する毎に当該センサから出力されるロータリーエンコーダ１２の基準位置を示すＺ相信号を検出し、Ｚ相信号発生検出フラグの値を「Ｚ相信号発生未検出（例えば“０”）」から「Ｚ相信号発生検出（例えば“１”）」にするＺ相信号検出装置１４と、Ｚ相信号を検出したタイミングのエンコーダパルスカウント値ＺＥＮＣを記憶するカウンタラッチ装置１５と、エンコーダパルスカウンタ１３から出力されるエンコーダパルスカウント値ＥＮＣ１からカウンタラッチ装置１５に記憶されたエンコーダパルスカウント値ＺＥＮＣを減算したカウント値の偏差、または、エンコーダパルスカウンタ１３から出力されるエンコーダパルスカウント値ＥＮＣ１から前演算周期のエンコーダパルスカウント値ＥＮＣ２を減算したカウント値の偏差ＥＮＣＤ１、当該偏差の補正値ＥＮＣＤ２、および、当該偏差の累積値ＥＮＣＴを計算する演算装置１６と、演算装置１６により得られたカウント値の偏差ＥＮＣＤ１、当該偏差の補正値ＥＮＣＤ２、累積値ＥＮＣＴ、および、前演算周期のエンコーダパルスカウント値ＥＮＣ２を記憶する記憶装置１７とから構成される。
【０００８】
動作について説明する。図２に、本実施の形態に係る回転子回転角度検出装置の処理の流れを示す。本実施の形態では、ロータリーエンコーダ１２の１回転の出力パルス数が２０万パルス、エンコーダパルスカウンタ１３のパルスカウンタ最大値が６５，５３５パルスで、ロータリーエンコーダ１２が正方向に回転する場合を例に挙げて説明する。エンコーダパルスカウンタ１３は、図３に示すように、カウント値（符号３０）がパルスカウンタ最大値（符号３１）（ここでは、６５，５３５パルス）に到達すると、オーバーフローを起こし、自動的に“０（ゼロ）”にリセットされるため、出力されるカウント値は図３に示すノコギリ歯のような形状にプロットされる。すなわち、例えば、カウント値が７０，０００パルスだった場合には、パルスカウンタ最大値（符号３１）（６５，５３５パルス）の時点でオーバーフローを起こして、０（ゼロ）にリセットされるため、カウント値は、７０，０００−６５，５３５＝４，４６５パルスとなってしまい、６５，５３６パルスの誤差が生じてしまっている。また、ロータリーエンコーダ１２は、図３に示すように、エンコーダ出力値（符号３２）がエンコーダ出力最大値（符号３３）（ここでは、２０万パルス）に到達すると、すなわち、１回転すると、“０（ゼロ）”にリセットされる。
【０００９】
図２に示すように、まず、ステップＳ１で、演算装置１６は、所定の演算周期で、エンコーダパルスカウンタ１３から現演算周期のエンコーダパルスカウント値ＥＮＣ１を得るとともに、記憶装置１７から前演算周期のエンコーダパルスカウント値ＥＮＣ２を取り出して、現演算周期のエンコーダパルスカウント値ＥＮＣ１から前演算周期のエンコーダパルスカウント値ＥＮＣ２を減算して、結果をカウント値の偏差ＥＮＣＤ１として記憶装置１７に記憶する。ステップＳ２で、ステップＳ１において記憶した該カウント値の偏差ＥＮＣＤ１の絶対値が６万を超えていないか判定する。この“６万”という値は予め設定された所定のしきい値であるが、この数値に限らず、エンコーダパルスカウンタ１３のカウンタの最大値（６５，５３５パルス）未満の所定の値に適宜設定する。６万を超えていない場合は、ステップＳ３で、該カウント値の偏差ＥＮＣＤ１を、ＥＮＣＤ２として記憶装置１７に記憶する。一方、ステップＳ２の判定により、６万を超えていた場合には、ステップＳ４で、該カウント値の偏差ＥＮＣＤ１の値に、エンコーダパルスカウンタ１３のカウンタの最大値である６５，５３５パルスを加えて補正し、ＥＮＣＤ２として記憶装置１７に記憶する。これは、エンコーダパルスカウンタ１３のオーバーフローにより、上述したように、ステップＳ１で算出した該カウント値の偏差ＥＮＣＤ１に６５，５３６の誤差が発生するため、これを補正する処理である。通常のロータリーエンコーダ１２の回転速度では偏差の絶対値が６万を超えることはないので、偏差の絶対値が６万を超えた場合は、エンコーダパルスカウンタ１３のオーバーフローが発生したとみなすことができる。
【００１０】
次に、ステップＳ５で、Ｚ相信号検出装置１４のＺ相信号発生検出フラグが「Ｚ相信号発生検出」の状態であるかを判定する。すなわち、現演算周期中にＺ相信号の検出があったか否かを判定する。「Ｚ相信号発生未検出」の状態であれば、ステップＳ６で、前演算周期の偏差の累積値ＥＮＣＴに、ステップＳ４またはＳ５で求めたＥＮＣＤ２の値を加えて新たな累積値ＥＮＣＴとして記憶する。一方、ステップＳ５の判定により、「Ｚ相信号発生検出」の状態であった場合には、ステップＳ７で、エンコーダパルスカウンタ１６から現演算周期のエンコーダパルスカウント値ＥＮＣ１から、カウンタラッチ装置１５により得られるＺ相信号が検出されたタイミング（図３の符号３４）でラッチしたエンコーダパルスカウント値ＺＥＮＣ（図３の符号３５）を減算した値をカウンタ出力の偏差の累積値ＥＮＣＴとして記憶する。これは、カウンタ出力の偏差の累積値ＥＮＣＴをＺ相信号検出のタイミングにてゼロにリセットし、さらに、Ｚ相信号検出のタイミングから現演算周期までの間に発生したパルス数をＥＮＣＴの初期値とする処理である。最後に、ステップＳ８で、次回演算周期の演算用にＥＮＣ２にＥＮＣ１の値を記憶する。
【００１１】
以上のように、累積値ＥＮＣＴは、ロータリーエンコーダ１２が一回転で発生するパルス数と同じ値まで変化したらゼロに戻るとともに、Ｚ相信号が発生したタイミングでゼロに戻るため、Ｚ相信号発生位置からのロータリーエンコーダ１２の１回転は、カウンタ出力の偏差の累積値ＥＮＣＴが０（ゼロ）から１９９９９９を超え再びゼロに戻るまでの変化に対応しているので、当該累積値ＥＮＣＴの値から、回転子の回転角度を検出することができる。
【００１２】
本実施の形態によれば、永久磁石同期電動機の回転子に接続されたロータリーエンコーダの１回転出力パルス数がエンコーダパルスカウンタの最大値を超える場合にも、回転子の回転角度を正確に検出することができる。このように、本実施の形態においては、ロータリーエンコーダ１２の１回転の発生パルス数がエンコーダパルスカウンタの最大値を超えないような組み合わせとしなければならない制約を受けることなく、高分解能のロータリーエンコーダが永久磁石同期電動機の制御に適用できる。
【００１３】
すなわち、電動機の一回転、つまり、ロータリーエンコーダ１２が一回転する間に発生するパルスをカウント可能なエンコーダパルスカウンタを用いると、規模の大きなカウンタとなってしまい、高価になる。そのため、本実施の形態においては、演算装置１６の演算周期を適宜設定することで、電動機を最大速度で回転させたとしても１演算周期中に発生するパルス数には限界値があることに着目して、エンコーダパルスカウンタのパルスカウンタ最大値を小さくすることができ、エンコーダパルスカウンタの小型化が図れる。
【００１４】
これにより、本発明の永久磁石同期電動機の回転子回転角度検出装置全体の小型化も図れるため、例えば、本発明の検出装置をエレベータの駆動電動機の回転子の回転角度検出に用いた場合には、エレベータの狭い昇降路にも配置しやすく特に有効である。
【００１５】
【発明の効果】
この発明は、永久磁石同期電動機の回転子に接続されたロータリーエンコーダと、上記ロータリーエンコーダの出力パルス数をカウントしてカウント値を出力するエンコーダパルスカウンタと、上記ロータリーエンコーダが一回転する毎に出力されるＺ相信号を検出するＺ相信号検出手段と、上記Ｚ相信号が発生したタイミングの上記カウント値を記憶するカウンタラッチ手段と、所定の演算周期で上記カウント値の偏差を演算する偏差演算手段と、上記カウンタラッチ手段が記憶する上記カウント値を基準値として、上記偏差演算手段が演算する上記カウント値の偏差の累積値を演算する累積値演算手段とを備えた永久磁石同期電動機の回転子回転角度検出装置であるので、エンコーダの１回転出カパルス数がエンコーダパルスカウンタの最大値を越える場合にも、回転子の回転角度の検出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係る永久磁石同期電動機の回転子回転角度検出装置の構成を示した構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る永久磁石同期電動機の回転子回転角度検出装置の処理の流れを示した流れ図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る永久磁石同期電動機の回転子回転角度検出装置の動作を示した説明図である。
【符号の説明】
１１  永久磁石同期電動機、１２  ロータリーエンコーダ、１３  エンコーダパルスカウンタ、１４  Ｚ相信号検出装置、１５  カウンタラッチ装置、１６  演算装置、１７  記憶装置。
【図１】
2005030787.tif 000003
【図２】
2005030787.tif 000004
【図３】
2005030787.tif 000005