(57)【要約】      （修正有）【課題】電動機の回転軸の回転位置を検出するエンコーダの検出誤差を補正するエンコーダ誤差補正装置を低価格にする。【解決手段】記憶手段４１には、電動機の回転軸の１回転を予め設定した複数個の回転位置範囲に分割し、この分割した回転位置範囲毎にその両端での回転位置の基準値を予め記憶し、補間処理手段５１はエンコーダ４の検出手段２１からの電動機の回転軸の回転位置の検出値が回転位置範囲の何れかを判別するとともに、この判別した回転位置範囲の両端の基準値それぞれと前記回転位置の検出値とに基づく補間演算により、電動機の回転軸の補正された回転位置を導出している。その結果、エンコーダ４に備える記憶手段４１の記憶容量を従来のエンコーダに比してその記憶容量を格段に低減することが可能となり、また、補間処理手段５１での演算処理方法の標準化も可能となる。【選択図】図１
2012117884.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機の回転軸の回転位置を検出する検出手段を備えたエンコーダ付き電動機と、この電動機を可変速駆動する制御装置とを有し、前記電動機に取り付けられたエンコーダの検出誤差を補正するエンコーダ誤差補正装置において、
前記回転軸の１回転を予め設定した複数個の回転位置範囲に分割し、この分割した回転位置範囲毎にその両端での前記回転位置の基準値それぞれが予め記憶されている不揮発性の記憶手段と、
前記エンコーダからの回転位置の検出値が前記回転位置範囲うちの何れかの間にあるかを判別するとともに、この判別した回転位置範囲とその両端の前記基準値それぞれと前記回転位置の検出値とに基づく補間演算により、前記電動機の回転軸の補正された回転位置を導出する補間処理手段とを備えたことを特徴とするエンコーダ誤差補正装置。
【請求項２】
電動機の回転軸の回転位置を検出する検出手段を備えたエンコーダ付き電動機と、この電動機を可変速駆動する制御装置とを有し、前記電動機の取り付けられたエンコーダの検出誤差を補正するエンコーダ誤差補正装置において、
前記回転軸の１回転を予め設定した複数個の回転位置範囲に分割し、この分割した回転位置範囲毎にその両端での前記回転位置の検出値と基準値との差分値それぞれが予め記憶されている不揮発性の記憶手段と、
前記エンコーダからの回転位置の検出値が前記回転位置範囲うちの何れかの間にあるかを判別するとともに、この判別した回転位置範囲とその両端の前記差分値それぞれと前記回転位置の検出値とに基づく補間演算により、前記電動機の回転軸の補正された回転位置を導出する補間処理手段とを備えたことを特徴とするエンコーダ誤差補正装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は電動機の回転軸の回転位置を検出するエンコーダ付き電動機に関し、特に前記エンコーダの検出誤差を補正するエンコーダ誤差補正装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図４は、この種のエンコーダ付き電動機とこの電動機を可変速駆動する制御装置とを示す模式的概念構成図であり、１は電動機、２，４は電動機１の回転軸１ａに連結されたエンコーダ、３，５は電動機１を可変速駆動するための制御装置である。
【０００３】
図５は、従来のエンコーダ誤差補正装置を内蔵してなるエンコーダ２と制御装置３の内部回路構成図を示し、このエンコーダ２には電動機１の回転軸１ａの回転位置を検出する検出手段２１と、外部からデータの読み書きが可能な不揮発性の記憶手段２２と、検出手段２１からの回転軸１ａの検出位置と、記憶手段２２からの前記検出位置毎の補正値とに基づき補正された回転位置を演算し、この演算された値を電動機１の回転位置として出力する補正処理手段２３とを備えている。
【０００４】
ここで、記憶手段２２は回転位置毎の補正値を記憶しており、従来の記憶手段２２が記憶する前記補正値の数は、検出手段２１が検出する電動機１の回転軸１ａの回転位置の検出値の分解能を、例えば２のｎ乗分の１とすると、この分解能に対応した２のｎ乗個としている。
【０００５】
また、制御装置３にはエンコーダ２の補正処理手段２３から送出された回転位置の値とその時間変化とに基づいて、その都度の電動機１の回転軸１ａの回転位置および回転速度の検出値を求めて出力する位置・速度処理手段３１と、位置・速度処理手段３１からの回転位置および回転速度の検出値それぞれに基づいて、電動機１を所望の状態に可変速駆動する電力を生成しつつ電動機１に給電するために、位置調節器，速度調節器，半導体電力変換器などからなる駆動手段３２とを備えている。
【０００６】
なお、図５に示したエンコーダ２と制御装置３とを構成するそれぞれの手段は、周知の技術を用いて形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−３１７４１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この種のエンコーダ付き電動機において、電動機の回転軸にエンコーダを連結する際の僅かな芯ずれなどに起因して、電動機の回転軸の回転位置とエンコーダによる検出値との間に誤差が生じて、この検出値の線形性が悪くなる。その結果、電動機に回転速度ムラやトルクリプルなどが発生し、この電動機を駆動源とする例えば工作機械での加工品質を阻害する要因となることが知られている。
【０００９】
上記特許文献１の回路構成も含む従来のエンコーダの検出誤差を補正するエンコーダ誤差補正装置においては、エンコーダによる電動機の回転軸の回転位置の検出値の線形性を改善するために、上述の如く、記憶手段２２が記憶する前記補正値の数は、回転軸の回転位置の検出値の分解能に対応し、例えば、分解能を２のｎ乗分の１のときには２のｎ乗個としていた。
【００１０】
しかしながら、近年のエンコーダによる電動機の回転軸の回転位置の検出値の分解能の向上に伴って、前記補正値の記憶個数が増大する。従って、記憶手段２２の記憶容量が増大し、その結果、高分解能のエンコーダに対応するために大容量の記憶手段が必要になって、エンコーダが高価格になるという問題点があった。
【００１１】
また、エンコーダの検出値の直線性を改善するためのエンコーダに内蔵するコンピュータでの演算処理方法は、前記分解能に依存するために、この演算処理方法の標準化を困難にし、その結果、エンコーダが高価格になる要因となっていた。
【００１２】
この発明の目的は、上記問題点を解消し安価なエンコーダ誤差補正装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この第１の発明は、電動機の回転軸の回転位置を検出する検出手段を備えたエンコーダ付き電動機と、この電動機を可変速駆動する制御装置とを有し、前記電動機に取り付けられたエンコーダの検出誤差を補正するエンコーダ誤差補正装置において、
前記回転軸の１回転を予め設定した複数個の回転位置範囲に分割し、この分割した回転位置範囲毎にその両端での前記回転位置の基準値それぞれが予め記憶されている不揮発性の記憶手段と、前記エンコーダからの回転位置の検出値が前記回転位置範囲うちの何れかの間にあるかを判別するとともに、この判別した回転位置範囲とその両端の前記基準値それぞれと前記回転位置の検出値とに基づく補間演算により、前記電動機の回転軸の補正された回転位置を導出する補間処理手段とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
また第２の発明は、前記エンコーダ誤差補正装置において、
前記回転軸の１回転を予め設定した複数個の回転位置範囲に分割し、この分割した回転位置範囲毎にその両端での前記回転位置の検出値と基準値との差分値それぞれが予め記憶されている不揮発性の記憶手段と、前記エンコーダからの回転位置の検出値が前記回転位置範囲うちの何れかの間にあるかを判別するとともに、この判別した回転位置範囲とその両端の前記差分値それぞれと前記回転位置の検出値とに基づく補間演算により、前記電動機の回転軸の補正された回転位置を導出する補間処理手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によれば、前記記憶手段の記憶容量を、従来に比して格段に低減することが可能となり、また、エンコーダの検出値の直線性を改善するための演算処理方法の標準化も可能となり、従って、エンコーダ誤差補正装置の価格を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明の実施の形態を示すエンコーダと制御装置の回路構成図
【図２】この発明の第１の実施例を説明する特性図
【図３】この発明の第２の実施例を説明する特性図
【図４】エンコーダ付き電動機と制御装置の模式的概念構成図
【図５】従来例を示すエンコーダと制御装置の回路構成図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、この発明の実施の形態として、エンコーダ誤差補正装置を内蔵してなる図４に示したエンコーダ４と制御装置５の内部回路構成図であり、この図において、図５と同一機能を有するものには同一符号を付して、ここではその説明を省略する。
【００１８】
すなわち、この発明のエンコーダ４には検出手段２１と記憶手段４１または記憶手段４２とを備え、従来の記憶手段２２と補正処理手段２３とが削除されている。
【００１９】
この発明の第１の実施例としての記憶手段４１には、電動機１の回転軸１ａの１回転（３６０°）を予め設定した複数（ｍ）個の回転位置範囲に分割し、この分割した回転位置範囲毎にその両端での前記回転位置の基準値ｍ個が予め記憶されている。ここで、基準値ｍ個はエンコーダ４の分解能を２のｎ乗とすると、この分解能に対応した２のｎ乗個よりも小さい値としている。例えば、ｍ＝３６に設定し、このときの回転位置範囲をほぼ等間隔に設定すると、ほぼ１０°毎に計３６個の前記基準値が記憶されている。またはエンコーダ４の分解能２nのうちの２(n-y)個の等間隔の回転位置を基準値とするようにしてもよい（但し、ｎ＞ｙとする）。
【００２０】
なお、前記基準値それぞれは、電動機１の回転軸１ａに別途装着された高精度のマスタエンコーダなどから採取することが一般的に行われている。
【００２１】
さらに、前記回転範囲は上述の如く等間隔でも良いし、前記基準値の変化に応じて、すなわち、この基準値の変化が大きい箇所は回転範囲をより小さく設定すると、後述の制御装置５に備える補間処理手段５１の演算動作によって、エンコーダ４を備えた電動機１の回転軸１ａの回転位置の補正された検出値の線形性をより改善することができる。
【００２２】
また、この発明の第１の実施例としての制御装置５には位置・速度処理手段３１と駆動手段３２の他に、エンコーダ４からの回転位置の検出値が前記基準値の何れの間にあるかを判別するとともに、この判別した回転位置範囲とその両端の前記基準値それぞれとに基づく補間演算により、前記電動機の回転軸の補正された回転位置の演算値を導出する補間処理手段５１を備えている。
【００２３】
この発明の第１の実施例としての補間処理手段５１の演算動作を、図２に示した特性図における横軸を電動機１の回転軸１ａのエンコーダ４による検出値に対応した回転位置とし、また、縦軸を前記マスタエンコーダによる前記回転位置での検出値として、以下に説明をする。
【００２４】
この補間処理手段５１では、エンコーダ４の検出手段２１からの電動機１の回転軸１ａの回転位置の検出値（図２では検出位置として示す）が、予め設定した複数個の回転位置範囲のうち図２に示す基準位置ａと基準位置ｂとの間の回転位置範囲Ｂ内にあることを判別するとともに、この判別した回転位置範囲Ｂの両端（図２では基準位置ａおよび基準位置ｂとして示す）の基準値ａおよび基準値ｂそれぞれと前記回転位置の検出値とに基づき下記数１の演算式に基づく補間演算により、前記電動機１の回転軸１ａの補正された回転位置（図２では補正回転位置と称している）の演算値を導出している。
［数１］
補正回転位置
＝｛基準値ａ＋（基準値ｂ−基準値ａ）×（検出位置−基準位置ａ）
÷（基準位置ｂ−基準位置ａ）｝×Ｋ
なお、図２に示す演算値は上記数１式における右辺に相当する値であり、また、定数Ｋは電動機１の回転軸１ａに別途装着された高精度のマスタエンコーダの分解能に基づく基準値とエンコーダ４の分解能とが異なるときに、補正回転位置の値をエンコーダ４の分解能に合わせるための換算係数である。例えば、エンコーダ４の分解能が２のｎ乗で、マスタエンコーダの分解能が２のｘ乗とすると、換算係数Ｋは「２n／２x」となる。
【００２５】
すなわち、補間処理手段５１では、上記数１式で得られた補正回転位置を電動機１の回転軸１ａの補正された回転位置として位置・速度処理手段３１に送出している。
【００２６】
その結果、この発明の第１の実施例としてのエンコーダ誤差補正装置によれば、エンコーダ４に備える記憶手段４１の記憶容量を、従来のエンコーダ２に備える記憶手段２２に比してその記憶容量を格段に低減することが可能となり、また、エンコーダ４の検出値の直線性を改善するための制御装置５に備える補間処理手段５１での演算処理方法の標準化も可能となり、従って、このエンコーダ誤差補正装置の価格を低減することができる。
【００２７】
次に、この発明の第２の実施例としての記憶手段４２には、電動機１の回転軸１ａの１回転（３６０°）を予め設定した複数（ｍ）個の回転位置範囲に分割し、この分割した回転位置範囲毎にその両端での前記回転位置の検出値と基準値との差分値ｍ個が予め記憶されている。ここで、差分値ｍ個はエンコーダ４の分解能を２のｎ乗とすると、この分解能に対応した２のｎ乗個よりも小さい値としている。例えば、ｍ＝３６に設定し、このときの回転位置範囲をほぼ等間隔に設定すると、ほぼ１０°毎に計３６個の前記差分値が記憶されている。またはエンコーダ４の分解能２nのうちの２(n-y)個の等間隔の回転位置の差分値とするようにしてもよい（但し、ｎ＞ｙとする）。
【００２８】
なお、前記差分値それぞれは、電動機１の回転軸１ａに別途装着された高精度のマスタエンコーダなどから採取することが一般的に行われている。
【００２９】
さらに、前記回転範囲は上述の如く等間隔でも良いし、前記差分値の変化に応じて、すなわち、この差分値の変化が大きい箇所は回転範囲をより小さく設定すると、後述の制御装置５に備える補間処理手段５２の演算動作によって、エンコーダ４を備えた電動機１の回転軸１ａの回転位置の補正された検出値の線形性をより改善することができる。
【００３０】
また、この発明の第２の実施例としての制御装置５には位置・速度処理手段３１と駆動手段３２の他に、エンコーダ４からの回転位置の検出値が前記基準値の何れの間にあるかを判別するとともに、この判別した回転位置範囲とその両端の回転位置の検出値と前記基準値との差分値それぞれとに基づく補間演算により、前記電動機の回転軸の補正された回転位置を導出する補間処理手段５２を備えている。
【００３１】
次に、この発明の第２の実施例としての補間処理手段５２の演算動作を、図３に示した特性図を参照しつつ、以下に説明をする。
【００３２】
次に、この発明の第２の実施例としての補間処理手段５２の演算動作を、図３に示した特性図における横軸を電動機１の回転軸１ａのエンコーダ４における検出値に対応した回転位置とし、また、縦軸を前記マスタエンコーダによる前記回転位置での基準値との差である差分値として、以下に説明をする。
【００３３】
この補間処理手段５２では、エンコーダ４の検出手段２１からの電動機１の回転軸１ａの回転位置の検出値（図３では検出位置として示す）が、予め設定した複数個の回転位置範囲の内図３に示す基準位置ａと基準位置ｂとの間の回転位置範囲Ｂにあることを判別するとともに、この判別した回転位置範囲Ｂの両端（図３では基準位置ａおよび基準位置ｂとして示す）の差分値ａおよび差分値ｂそれぞれと前記回転位置の検出値とに基づき下記数２の演算式に基づく補間演算により、前記電動機の回転軸の補正された回転位置（図３では補正回転位置と称している）を導出している。
［数２］
補正回転位置
＝検出位置＋｛（差分値ｂ−差分値ａ）×（検出位置−基準位置ａ）
÷（基準位置ｂ−基準位置ａ）｝×Ｋ
なお、図３に示す補間差分値は上記数２式における右辺第２項に相当する値であり、この差分値をエンコーダ４の検出位置（右辺第１項）に加算することにより補正回転位置の演算値を得ている。また、定数Ｋは電動機１の回転軸１ａに別途装着された高精度のマスタエンコーダの分解能とエンコーダ４の分解能とが異なるときに補正回転位置の値をエンコーダ４の分解能に合わせるための換算係数である。
【００３４】
すなわち、補間処理手段５２では、上記数２で得られた補正回転位置を電動機１の回転軸１ａの補正された回転位置として位置・速度処理手段３１に送出している。
【００３５】
その結果、この発明の第２の実施例としてのエンコーダ誤差補正装置によれば、エンコーダ４に備える記憶手段４４の記憶容量を、従来のエンコーダ２に備える記憶手段２２に比してその記憶容量を格段に低減することが可能となり、また、前記差分値を記憶させることから、この差分値は回転位置の下位数ビットに相当することになるので、第１の実施例の回転位置の基準値を記憶する場合と比べてさらに記憶値の桁数（ビット数）も少なくできる。さらに、エンコーダ４の検出値の直線性を改善するための制御装置５に備える補間処理手段５２での演算処理方法の標準化も可能となり、従って、このエンコーダ誤差補正装置の価格を低減することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１…電動機、１ａ…回転軸、２，４…エンコーダ、３，５…制御装置、２１…検出手段、２２…記憶手段、２３…補正処理手段、３１…位置・速度処理手段、３２…駆動手段、４１，４２…記憶手段、５１，５２…補間処理手段。
【図１】
2012117884.tif 000003
【図２】
2012117884.tif 000004
【図３】
2012117884.tif 000005
【図４】
2012117884.tif 000006
【図５】
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