(57)【要約】【課題】安価な位置決め機能を有するモータ制御装置を提供する。【解決手段】モータ１００と、モータ１００の互いに位相差がほぼ１２０度である３相の磁束を直接的にあるいは間接的に検出する磁束検出器１０２と、モータの１回転における機械的な位置を示すインデックス信号発生器１０３と、磁束を検出した３相の信号と１回転位置を検出した信号を加算する加算器１２０と、加算された磁束を検出した３相の信号と１回転位置を検出した信号を分離する復号器１２１と、磁束を検出した３相の信号より磁極位置を検知する磁極角度検知器１１０と、検知した磁極位置と１回転位置を検出した信号よりモータの１回転における位置を検知する機械角検知器１１２を備えるモータ制御装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータと、前記モータの互いに位相差がほぼ１２０度である３相の磁束を直接的にあるいは間接的に検出する磁束検出手段と、モータの１回転における機械的な位置を示す１回転位置検出手段を有するモータ制御装置において、磁束を検出した３相の信号と１回転位置を検出した信号を加算する加算手段と、加算された磁束を検出した３相の信号と１回転位置を検出した信号を分離する復号手段と、磁束を検出した３相の信号より磁極位置を検知する磁極角度検知手段を備え、検知した磁極位置と１回転位置を検出した信号よりモータの１回転における位置を検知する機械角検知手段を具備することを特徴としたモータ制御装置。
【請求項２】
１回転位置検出手段の信号がモータ１回転に同期する正弦波信号である請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項３】
１回転位置検出手段の信号がモータ１回転に同期するパルス信号である請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項４】
１回転位置検出手段の信号がモータの１回転位置に応じて電圧が変化するノコギリ状の三角波の信号である請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項５】
１回転位置検出手段の信号が磁極周期に応じた階段状の信号である請求項１記載のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同期モータ等の磁石を有するモータの制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のモータ制御装置について、以下説明する。
【０００３】
同期モータを駆動するには、ブラシ付きの直流モータと異なり、モータの磁極の位置を検出し、磁極に応じてモータの巻線に流す電流や電圧を制御する必要がある。また、高効率駆動が可能な正弦波駆動の際には、その磁極位置に応じた正弦波信号を生成するためにその磁極位置を細かく検出する必要がある。
【０００４】
磁極位置を検出する手段としては光学式や磁気式のロータリーエンコーダが良く知られているが、高価であることが課題である。
【０００５】
そのため、安価に磁極位置を検出する手段としては、回転子の磁石の磁束をアナログ値として検出し分割して磁極位置検出する方式も知られており、正弦波駆動を実現している。例えば、３相の磁束検出値の総和の平均値からオフセット量を検出して補正したり、他の例では信号の最大値と最小値からオフセット量を検出して補正し、安価に磁極位置を検出するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−１５８８８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、正弦波駆動だけでなく、モータを位置制御に用いる際には、モータの１回転当たりの機械的位置を検出する機能が必要になる。従来のモータの磁束を検出して磁極位置を検出する方法では、モータの磁極位置を表す磁極角度位置は検出できるが、モータの１回転当たりの機械的角度位置を検出することはできない。
【０００７】
図６にモータの磁極の極数が８極の場合における、３相の１２０度位相差の磁束信号、磁極角度位置、機械的角度位置の関係を示す。磁極が８極あるので、磁束信号の周期としてはモータ１回転当たり４回あり、磁極信号だけでは機械的角度位置を特定できないことがわかる。そのため、図６に示すようなインデックス信号を用い、インデックス信号が機械角の原点を表すように定め、磁極角度位置の周期をカウントすることで、モータにおける機械的角度を検出することが必要であった。そのため、図７に示すようにモータ部と制御部間の信号としては磁極信号に加え、インデックス信号が必要になるため、インデックス信号のための信号線および信号を検出する回路が必要になり、簡単で安価な位置決めシステムの構成する上で課題があった。
【０００８】
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、安価な位置決め機能を有するモータ制御装置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】
【０００９】
上記課題を解決するために本発明は、３相の１２０度位相差を有する磁束信号の総和が０になることに着目し、磁束信号にインデックス信号を重畳させる加算手段器と、インデックス信号が重畳した磁束信号から磁束信号とインデックス信号を取り出す復号器を備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のモータ制御装置は、磁束信号にインデックス信号を重畳させることにより、モータ部とそれを制御する制御部間のインデックス信号の伝達回路及び配線を不要にできるもので、モータの１回転当たりの機械的角度位置を検出する機能が必要な位置制御に簡単で安価なモータ制御装置を供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
磁束を検出した３相の磁束信号と１回転位置を検出したインデックス信号とを加算する加算手段と、加算された信号から３相の磁束信号とインデックス信号を分離する復号手段と、３相の磁束信号よりモータの磁極位置を検知する磁極角度検知手段を備え、検知した磁極位置とインデックス信号よりモータの１回転における位置を検知する機械角検知手段を備える。
【実施例１】
【００１２】
図１は本発明のモータ制御装置の全体構成を示すブロック図である。
【００１３】
図１において、１００はモータ、１０２は磁束検出器、１０３はインデックス信号発生器、１０４はＰＷＭ制御器、１０６は速度制御器、１０７は位置制御器、１０８は微分器、１１０は磁極角度検知器、１２０は加算器、１２１は復号器である。また、１３０はモータ部で、モータ１００、磁束検出器１０２、インデックス信号発生器１０３、加算器１２０を含む。１３１はそれ以外の制御部を示す。
【００１４】
図２は磁束検出器１０２の出力である磁束信号、インデックス信号発生器１０３の出力であるインデックス信号、磁束信号とインデックス信号を重畳した重畳信号の一例を示す説明図である。
【００１５】
モータ１００にモータの磁束を検出する磁束検出器１０２が取り付けられている。本実施例では説明の都合上、モータ１００は三相の同期モータであるとする。磁束検出器１０２はモータの磁石が発生する磁束を検出して、それぞれの位相差が１２０度の正弦波状の磁束信号ＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３を出力する。
【００１６】
インデックス信号発生器１０３は、モータ１００のシャフトに取り付けられた円盤にスリットを設け、そのスリットを光学的に検出して１回転に１回インデックスパルスを発生させる。もちろん、円盤に磁性体や鉄などの透磁率の高い素材を用いてスリット部の磁気抵抗の変化をＭＲ素子やホール素子で検出してもよい。
【００１７】
本発明では、これらの正弦波状の磁束信号ＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３と、インデックス信号Ｃ０とを加算器１２０によりそれぞれの和を演算すると、
ＣＳ１２＝ＣＳ１＋Ｃ０・・・（式１）
ＣＳ２２＝ＣＳ２＋Ｃ０・・・（式２）
ＣＳ３２＝ＣＳ３＋Ｃ０・・・（式３）
となり、重畳信号ＣＳ１２、ＣＳ２２、ＣＳ３２が得られる。モータ部１３０と制御部１３１とが離れている場合には、延長すべき信号線の本数を最小にすることができる。
【００１８】
また、磁束信号ＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３は１２０度位相差の３相正弦波であるため以下の関係が成り立つ。
ＣＳ１＋ＣＳ２＋ＣＳ３＝０・・・（式４）
また、磁束信号ＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３が完全な１２０度位相差の３相正弦波でなくとも、ほぼ式４が成り立つものと見なすことができる。従ってこれを利用し、重畳信号ＣＳ１２、ＣＳ２２、ＣＳ３２を復号するときに以下の演算を行う。まず、復号したインデック
ス信号Ｃ０３を得るには重畳信号ＣＳ１２、ＣＳ２２、ＣＳ３２の平均を取ればよいので、
Ｃ０３＝（ＣＳ１２＋ＣＳ２２＋ＣＳ３２）／３・・・（式５）
となり、これを上記の式１から式４を用いて整理すると復号したインデックス信号Ｃ０３はインデックス信号Ｃ０と等しいことがわかる。
【００１９】
また、磁束信号ＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３を復号する時には、すでにインデックス信号Ｃ０が復号したインデックス信号Ｃ０３として求まっているため、重畳信号ＣＳ１２、ＣＳ２２、ＣＳ３２から復号したインデックス信号Ｃ０３を減算すればよく、
ＣＳ１３＝ＣＳ１２−Ｃ０３・・・（式６）
ＣＳ２３＝ＣＳ２２−Ｃ０３・・・（式７）
ＣＳ３３＝ＣＳ３２−Ｃ０３・・・（式８）
となり、これを上記の式１から式５を用いて整理すると復号した磁束信号ＣＳ１３、ＣＳ２３、ＣＳ３３はそれぞれ磁束信号ＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３に等しいことがわかる。
【００２０】
また、復号した磁束信号ＣＳ１３、ＣＳ２３、ＣＳ３３を用いて、磁極角度検知器１１０においてたとえば特許文献１の様に磁極角度を表す位置信号を求めればよい。
【００２１】
さらに、この磁極角度検知器１１０の出力の磁極角度位置と復号器１２１の出力のインデックス信号より、モータ１回転における機械的角度位置を求めることができる。インデックス信号が本実施例のような１回転に１回のパルスの場合はモータが回転してインデックス信号のパルスが入力されたところを原点とし、そこから磁極角度位置信号の周期をカウントすることで機械的角度位置を求めることができる。
【００２２】
この機械的角度位置データを用いて位置制御器のフィードバック入力とすると同時に、通常位置制御を行う場合は位置制御の内部演算として速度制御を行うのが一般的であり、位置指令と位置フィードバックより位置制御器の出力としての速度指令がこの速度制御器の入力となり、速度制御器の速度フィードバックとしては前述の機械的角度位置を微分器１０８にて速度に変換され入力される。ここで、速度フィードバックとしては機械的角度位置でなくとも、磁極角度位置を微分器の入力としてもよい。
【００２３】
位置制御器１０７、速度制御器１０６はこの検出された位置及び速度が位置指令値、速度指令値に追従するように、例えば公知のＰＩ制御等で制御すればよく、そのための制御指令をＰＷＭ制御器１０４に出力する。
【００２４】
そして、ＰＷＭ制御器１０４は、指令された制御指令を発生する様にモータ１００へ公知のＰＷＭ制御を行う。なお、ＰＷＭ制御でなくても、パワーオペアンプの様なリニア駆動でもよい。
【００２５】
以上の構成により、磁束信号とインデックス信号を重畳して電送でき、信号線の本数および信号の検出回路の回路数を最小にすることができ、安価にかつ容易に実現できる。
【００２６】
なお、本実施例では説明の都合上、回転型の三相の同期モータで説明したが、二相のモータなど多相の同期モータやステッピングモータでも、直線型のリニアモータでも同様な手法で実現できる。
【００２７】
また、モータの磁束を直接検出しなくてもよく、例えば、センサマグネットとＭＲセンサ等の検出器によってもよい。さらにモータの磁束をこのように間接的に検出する場合は、モータの磁極角度周期と検出器磁極の角度周期は一致させても、させなくともよい。一致させた場合では、検出器の磁束より求めた磁極角度位置はモータのそれと一致する。一
致させなかった場合では、検出器の磁束及びインデックス信号より求めたモータ１回転当たりの機械的角度位置とモータの磁極の極数より、モータの磁極角度位置を求めることができるため同様に実施できる。
【実施例２】
【００２８】
実施例２は重畳するインデックス信号が正弦波であり、図３にその例を示す。この場合は重畳信号が連続的に変化するため、パルスやステップ状波形を入力した場合に比べて、重畳信号がなめらかに変化する。そのため、信号伝達系の遅れ要素やひずみなどの影響を受けにくい重畳信号を提供できる。
【００２９】
また、インデックス信号が正弦波であるため、磁束信号とインデックス信号の組み合わせによって表された位置は磁束信号とインデックス信号の組み合わせが全て異なるため図３に示すように、インデックス信号の０クロスポイントＰ１位置を除き、全ての位置を一意に表すことができる。このため、初期位置がＰ１位置以外であった場合、パルスのインデックス信号のように原点パルス位置まで移動しなくても初期値からモータ１回転の位置を検出することができ、初期位置がＰ１であった場合でも、Ｐ１位置よりを少し移動するだけでモータ１回転の位置を検出できる。
【実施例３】
【００３０】
実施例３は重畳するインデックス信号がモータの磁極に応じた階段状の信号であり、図４にその例を示す。この場合はインデックス信号のレベルによって磁極信号がモータ１回転における何周期目かを示すため、同様にモータ１回転における位置を一意に検出できる。
【実施例４】
【００３１】
実施例４は重畳するインデックス信号がモータの磁極に応じたノコギリ状の三角波の信号であり、図５にその例を示す。この場合はインデックス信号の大きさによって磁束信号がモータ１回転における何周期目かを示すため、同様にモータ１回転における位置を一意に検出できると同時にインデックス信号が大きく変化する変曲点が少なく、信号伝達系の遅れ要素やひずみなどの影響を受けにくい重畳信号を提供できる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明のモータ制御装置は、低コストで位置制御を行うのに有用であり、一般産業用モータだけでなく、家電用モータ、車載用モータや情報用モータなどにも有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施例におけるモータ制御装置のブロック図
【図２】本発明の実施例１におけるインデックス信号の重畳説明図
【図３】本発明の実施例２におけるインデックス信号の重畳説明図
【図４】本発明の実施例３におけるインデックス信号の重畳説明図
【図５】本発明の実施例４におけるインデックス信号の重畳説明図
【図６】従来の磁束信号、磁極角度位置などの関係を説明する図
【図７】従来例におけるモータ制御装置のブロック図
【符号の説明】
【００３４】
１００  モータ
１０２  磁束検出器（磁束検出手段）
１０３  インデックス信号発生器（１回転検出手段）
１０４  ＰＷＭ制御器
１０６  速度制御器
１０７  位置制御器
１０８  微分器
１１０  磁極角度検知器（磁極角度検知手段）
１１２  機械角検知器（機械角検知手段）
１２０  加算器（加算手段）
１２１  復号器（復号手段）
１３０  モータ部
１３１  制御部
【図１】
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【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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【図７】
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