(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの速度及び位置を検出する位相変調型のレゾルバを用いたモータ制御装置において、前記レゾルバを励磁する励磁信号の周期基準信号を複数生成し出力するカウンタ手段と、前記モータへの速度指令に応じ、速度指令が低い場合は励磁周波数の低い基準周期信号を選択し、速度指令が高い場合は励磁周波数の高い周期基準信号を前記複数の周期基準信号の中より選択し励磁周期基準信号として出力する励磁周期選択手段と、前記励磁周期選択手段の出力信号を入力とし、前記レゾルバの励磁信号を生成する励磁信号生成手段と、前記レゾルバの帰還信号により前記カウンタのカウント値をラッチするラッチ手段と、を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
モータの速度及び位置を検出する位相変調型のレゾルバを用いたモータ制御装置において、前記レゾルバを励磁する励磁信号の周期基準信号を複数生成し出力するカウンタ手段と、モータの巻線指令に応じて前記レゾルバを励磁する周期基準信号を前記複数の周期基準信号の中より選択し励磁周期基準信号として出力する励磁周期選択手段と、前記励磁周期選択手段の出力信号を入力とし、前記レゾルバの励磁信号を生成する励磁信号生成手段と、前記レゾルバの帰還信号により前記カウンタのカウント値をラッチするラッチ手段と、を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は工作機械の主軸駆動モータなどに利用され、主軸駆動モータの速度および位置検出に位相変調型レゾルバを用いたモータ制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
モータの速度検出および位置検出のために位相変調型レゾルバを用いた従来のモータ制御装置について図面を用いて説明する。周知のように、例えばレゾルバの直交する一組の固定子巻線に９０度位相のずれた二相の交流信号を励磁信号として印加すると、レゾルバの回転子巻線には、その回転角に等しい位相変化をする交流の帰還信号を得ることができる。
【０００３】
第１の従来例として、モータの制御中には励磁信号の周波数を一定とする場合の、モータ制御装置ブロック図を図２に示す。図２において、固定子巻線９および回転子巻線１０により構成されるものがレゾルバ１１である。励磁信号発生器３は、カウンタ手段１が出力する一定の周期基準信号を入力とし、相互に９０度位相のずれた２相の正弦波励磁信号を生成し、バッファ５，６を介して前記レゾルバの固定子巻線９に出力する励磁信号生成手段である。矩形波変換回路８は前記レゾルバの回転子巻線１０が出力する帰還信号を差動増幅器７で処理したのち矩形波化する手段である。ラッチ回路４は、前記矩形波化した帰還信号の立ち上がりエッジにより前記カウンタ手段１の出力値をラッチする手段である。ラッチしたカウント値は、ＣＰＵ１２によって処理され位相差が算出される。
【０００４】
位相差の算出は以下のようにされる。図２において、レゾルバの励磁信号の周期Ｔは、カウンタ手段の基準クロックの周期をＴｃｌｋとすると、数式（１）の様に表すことができる。
【数１】
Ｔ＝２＾ｎ  ×  Ｔｃｌｋ            ・・・・・（１）
数式（１）で、２＾ｎは２のｎ乗を示し、ｎはカウンタの有効ビットを示す。
【０００５】
次に前記励磁信号および前記帰還信号、前記矩形波化された帰還信号を図３に示す。図３（ａ）は、前記カウンタ手段１の出力値を示し、（ｂ）は励磁信号を示す。また、（ｃ）は前記帰還信号を示し、（ｄ）は、前記帰還信号（ｃ）を矩形化した信号を示す。ここで前記矩形波化した帰還信号（ｄ）の立ち上がりエッジで前記カウンタ手段１の出力値（ａ）をラッチする。ラッチしたカウント値Ｎから、図２のＣＰＵ１２が、数式（２）に従い前記励磁信号と前記帰還信号との位相差θを算出する。
【数２】
θ＝３６０°×Ｎ／２＾ｎ            ・・・・・（２）
ここで数式（２）より、ｎが位相分解能を示し、ｎが大きいほど分解能が上がるが、同時に数式（１）より励磁周期が長くなることが分かる。
【０００６】
次に第２の従来例として、前記励磁信号の周波数をモータの速度検出値に応じて可変する場合の、モータ制御装置ブロック図を図５に示す。図２に示すものと同じ構成要素は同一符号で示してあり、その説明は重複するので省略する。図５において、励磁信号発生器３は、速度検出器１３が出力する速度検出信号に基づいて励磁信号の周波数を可変する励磁信号生成手段である。また、前記励磁信号生成手段３は、励磁信号周波数を表すref信号を角度検出器１４に出力する。例えば数式（１）における２＾ｎをref信号として出力する。前記角度検出器１４は、前記励磁信号生成回路３からのref信号に基づいて数式（２）に従い、前記励磁信号と前記帰還信号との位相差θを算出する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
これら前述した従来のモータ制御装置では位相変調型レゾルバを用いてモータの回転子の位相検出ができ、これによりモータの速度検出および位置検出が可能である。しかし、上述した第１の従来例のモータ制御装置では、前記カウンタ手段１の基準クロックＴｃｌｋが一定であり、また励磁信号の周波数１／Ｔが一定であるので、検出周波数即ちモータの位相検出可能回転速度の上限と検出分解能が固定化されるという問題点があった。すなわち、モータの位相を高速回転領域まで検出するためには、励磁信号の周波数１／Ｔを上げる必要がある。即ち数式（１）でｎを小さくする必要があるが、ｎを小さくすると、位相差を算出する際のカウンタ手段のフルカウント値である数式（２）の２＾ｎが少なくなるため検出分解能が下がる。また、低速回転領域での検出分解能を上げるためには、ｎを大きくする必要があるが、ｎを大きくするには励磁信号の周波数１／Ｔを下げる必要があり、励磁信号の周波数を下げると高速回転領域での位相検出範囲が狭くなる。
【０００８】
アプリケーション例として、旋盤等の工作機械に用いられる主軸用モータにおいて、モータの位相検出に前記第１の従来例のモータ制御装置を用いる場合が多々ある。このとき、主軸を高速で制御する場合と、極低速で制御する即ちモータの位置を制御し低速で主軸角度を可変させる場合の２通りを使い分ける場合においては、高速回転領域で主軸モータの位相検出をしつつ、低速回転領域での位相検出分解能を上げたいという課題があった。
【０００９】
また、上述した第２の従来例のモータ制御装置で、図５に示す励磁周波数をモータの速度検出値に応じて可変する方法をとるときは、前記の課題は解決できるかに思えるが、以下の問題が生ずる。すなわち、励磁信号の周波数を可変する場合、可変時において励磁信号に歪が生じる。また、励磁信号と帰還信号の位相が同位相でないため励磁周波数の可変時において、励磁信号と帰還信号の位相差における連続性が失われる。そのためモータの制御中に励磁周波数を可変する場合、励磁周波数の可変時に位相検出値の誤差が大きくなるという問題がある。また、励磁周波数をモータの速度検出値に応じて可変する方式は、励磁周波数を可変しない方式に対して高価であり、モータ制御システムを構築する上でコスト的に問題となる。
【００１０】
本発明の目的は、上述した課題および問題を解決し、低速回転領域でモータを制御する場合には位相検出分解能を高く、高速回転領域でモータを制御する場合には励磁周波数を高くすることが可能で、安価なモータ制御装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明に係るモータ制御装置は、モータの速度及び位置を検出する位相変調型のレゾルバを用いたモータ制御装置において、前記レゾルバを励磁する励磁信号の周期基準信号を複数生成し出力するカウンタ手段と、前記モータへの速度指令に応じ、速度指令が低い場合は励磁周波数の低い基準周期信号を選択し、速度指令が高い場合は励磁周波数の高い周期基準信号を前記複数の周期基準信号の中より選択し励磁周期基準信号として出力する励磁周期選択手段と、前記励磁周期選択手段の出力信号を入力とし、前記レゾルバの励磁信号を生成する励磁信号生成手段と、レゾルバの帰還信号により前記カウンタのカウント値をラッチするラッチ手段と、を備えたことを特徴とする。
また、本発明に係るモータ制御装置は、モータの速度及び位置を検出する位相変調型のレゾルバを用いたモータ制御装置において、前記レゾルバを励磁する励磁信号の周期基準信号を複数生成し出力するカウンタ手段と、モータの巻線指令に応じて前記レゾルバを励磁する周期基準信号を前記複数の周期基準信号の中より選択し励磁周期基準信号として出力する励磁周期選択手段と、前記励磁周期選択手段の出力信号を入力とし、前記レゾルバの励磁信号を生成する励磁信号生成手段と、前記レゾルバの帰還信号により前記カウンタのカウント値をラッチするラッチ手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
このように本発明に係るモータ制御装置においては、カウンタ手段は、複数の周期基準信号を出力し、励磁周期選択手段は前記複数の周期基準信号より１つの周期基準信号を選択し励磁周期基準信号を出力できる構成としたので、速度指令またはモータの巻線指令に応じて、レゾルバの励磁周波数を切り替え、低速回転領域でモータを制御する場合には位相検出分解能を高く、高速回転領域でモータを制御する場合には励磁周波数を高くすることにより、モータの制御範囲に応じてモータの位相分解能を高くしかつモータの位相検出範囲を広げることが可能となる。
【００１３】
また、速度指令またはモータの制御モードまたは巻線指令等に応じてモータ制御の事前に励磁周波数を切り替えるので、モータ速度の制御中に励磁周波数を可変することがなく、励磁周波数可変時における位相検出誤差は制御に影響しない。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて、本発明を実施するための形態を説明する。図１は、本発明に係るモータ制御装置の一実施形態のブロック図である。図２に示す従来のモータ制御装置と同じ構成要素は同一符号で示してあり、その説明は重複するので省略する。図１において、前記カウンタ手段１が複数の周期基準信号を出力する。励磁周期選択手段２は、制御対象であるモータの速度指令に応じて制御前に前記複数の周期基準信号より１つの周期基準信号を選択し、励磁周期基準信号を出力する。速度指令ω＊が低い場合は、励磁周波数を低くし励磁信号１周期当りのカウント値２＾ｎが多くなる様に周期基準信号を選択する。また、速度指令ω＊が高い場合は、励磁周波数が高くし励磁信号１周期当りのカウント値２＾ｎが小さくなる様に周期基準信号を選択する。速度指令ω＊に応じて前記励磁周期選択手段２が選択した周期基準信号に基づいて出力する励磁周期基準信号に従い、前記励磁信号生成手段３は、レゾルバ１１の励磁信号を生成する。前記励磁信号により励磁されたレゾルバ１１は、モータの位相に応じた帰還信号を出力する。前記帰還信号は、矩形波変換回路９により矩形波化され、前記矩形波化された帰還信号の立ち上がりエッジによりカウンタ１の出力をラッチ回路４でラッチする。これにより、ＣＰＵ１２を介してモータの速度および位置を検出して、モータの制御がなされる。
【００１５】
図４に前記励磁周期選択手段２の動作例を示す。前記速度指令ω＊が０〜ω１の領域の場合、前記励磁周期選択手段２は励磁周波数がｆ１となる前記励磁周期基準信号を出力する。また、前記速度指令がω１〜ω２の領域およびω２以上の領域では、前記励磁周期選択手段２は励磁周波数がｆ２およびｆ３となる前記励磁周期基準信号を出力する。
【００１６】
また、速度指令ω＊の代わりに制御モード信号に応じて、前記励磁周期基準信号を出力する。すなわち図４に示す様に、高精度制御モードでは前記励磁周期選択手段２は励磁周波数がｆ１となる前記励磁周期基準信号を出力し、高速制御モードでは前記励磁周期選択手段２は励磁周波数がｆ３となる前記励磁周期基準信号を出力する。
【００１７】
さらに、巻線切り替えモータを使用し巻線の選択指令に応じて励磁周波数を選択する場合において、低速巻線を選択する巻線指令がされた場合は、前記励磁周期選択手段２は励磁周波数がｆ１となる前記励磁周期基準信号を出力する。高速巻線を選択する巻線指令がされた場合は、前記励磁周期選択手段２は励磁周波数がｆ２となる前記励磁周期基準信号を出力する。
【００１８】
【発明の効果】
このように本発明に係るモータのモータ制御装置においては、カウンタ手段は、複数の周期基準信号を出力し、励磁周期選択手段は、速度指令またはモータの制御モードまたはモータの巻線指令に応じて前記複数の周期基準信号より１つの周期基準信号を選択し励磁周期基準信号を出力し、それにより励磁信号生成手段が前記レゾルバを励磁する励磁信号を生成するようにしたので、モータの制御範囲によりレゾルバの励磁周波数を切り替え、低速回転領域でモータを制御する場合には位相検出分解能を高く、高速回転領域でモータを制御する場合には励磁周波数を高くすることにより、モータの制御範囲に応じてモータの位相分解能を高くしかつモータの位相検出範囲を広げることができる。
【００１９】
また、速度指令またはモータの制御モードまたは巻線指令等に応じてモータ制御の事前に励磁周波数を切り替えるので、モータ速度の制御中に励磁周波数を可変することがなく、励磁周波数可変時における位相検出誤差は制御に影響しない。
【００２０】
本発明のモータ制御装置によれば、モータの速度指令または制御モードまたはモータの巻線指令に応じて励磁信号の周波数を可変としているため、従来両立が不可能であった低速域の分解能の向上と、位相検出範囲の高速化が可能となるシステムを安価に構築できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明によるモータ制御装置の一実施形態のブロック図である。
【図２】  第１従来例のモータ制御装置のブロック図である。
【図３】  図１、図２に示すモータ制御装置の各信号の波形図である。
【図４】  本発明によるモータ制御装置の１実施形態における励磁周波数の選択動作の例である。
【図５】  第２従来例のモータ制御装置のブロック図である。
【符号の説明】
２＾ｎ  カウント値、θ  位相差、Ｔｃｌｋ  基準クロック、Ｔ  周期、ω  速度指令、１  カウンタ手段、２  励磁周期選択手段、３  励磁信号生成手段、４  ラッチ手段、５，６  バッファ、７  差動増幅器、８  矩形波変換回路、９固定子巻線、１０  回転子巻線、１１  レゾルバ、１２  ＣＰＵ、１３  速度検出器、１４  角度検出器。
【図１】
0003944354.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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