JP2005062951A

JP2005062951A - エンコーダ信号伝送方式

Info

Publication number: JP2005062951A
Application number: JP2003207465A
Authority: JP
Inventors: Hironori Mine; 宏則美根
Original assignee: Fuji Electric Holdings Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2003-08-13
Filing date: 2003-08-13
Publication date: 2005-03-10

Abstract

【課題】エンコーダへ接続するデータ伝送線の配線の自由度を増すと同時にデータ伝送線のコストを低減する。
【解決手段】サーボモータ２の回転位置を検知するエンコーダ３と、サーボモータの回転位置、速度及びトルクの何れかを制御する制御アンプ１とを有し、エンコーダ３で検出したサーボモータ２の回転位置信号を前記制御アンプ１に伝送するエンコーダ信号伝送方式において、前記エンコーダ３と制御アンプ１との信号伝送を直流電力に重畳した信号により行う。
【選択図】図６

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種産業分野における搬送、加工、印刷、成型、工作機械等に適用されるモータ制御機器において、モータ回転角検出のために適用されるエンコーダのデータ伝送を行うエンコーダ信号伝送方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＡＣサーボモータをＤＱ変換により制御するモータ制御装置として、例えばｄ相の電流指令を「０」とし、ｑ相の電流指令を速度ループが出力されるトルク指令とし、モータの各ｕ，ｖ，ｗ相の３相実電流およびロータ位置検出器で検出されたロータの位相を用いてｄ相，ｑ相の２相電流Ｉｄ，Ｉｑを求め、この電流をモータ制御部に送って、このモータ制御部で各相指令値から減じてｄ相，ｑ相の電流偏差を求め、電流制御器で電流偏差を比例・積分制御してｄ相指令電圧Ｖｄおよびｑ相指令電圧Ｖｑを求め、この２相の指令電圧Ｖｄ，ＶｑからＵ，Ｖ，Ｗ相の３相指令電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを求め、電力増幅器に出力してインバータ等でサーボモータの各相に対して電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを流してサーボモータの制御を行う構成を有するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、上記モータ制御装置で使用するエンコーダ信号伝送方式としては、例えば回転機の１回転内の位置を検出する１回転データ検出部と、回転機の正逆方向の回転回数を計数する多回転データ検出部と、エンコーダ内の異常検出およびエンコーダ情報を保持するステータス検出部とからなる信号検出部と、これら信号検出部の各々のデータをシリアルデータ列に変換し出力するデータ出力回路と、データ出力回路のデータを出力するタイミングを決める上位システムなどからの指令を受信するデータ入力回路と、データ入力回路とデータ出力回路の切り換えをする双方向バッファとからなるデータ入・出力部と、主電源ＯＦＦ時に上記多回転データ検出部を動作させるバックアップ回路と、主電源のＯＮ／ＯＦＦ状態を監視する電源ＯＮ／ＯＦＦ検出回路とからなる電源制御部と、上位システムなどからの指令をデータ入・出力部により受信し、もくしは回転機に具備したコネクタ又はケーブル線を用いた書き込み制御信号線を介して受信するエンコーダ番号などの識別情報を記憶する回路部を備えており、エンコーダの入出力信号ラインを共用化し複数構成で使用する場合の主電源ＯＮ後のエンコーダ信号の出力形態を、上位システムからの要求に対してエンコーダ個別に１対１で出力する形態、もくしは上位システムからの要求にかかわらず主電源ＯＮするとエンコーダ識別情報の順に順次連続した出力形態で信号入・出力するようにした多重伝送方式エンコーダが提案されている（例えば特許文献２参照）。
【０００４】
また、他のエンコーダ信号伝送方式として、互いに９０度位相差を有するＡ，Ｂ２相のインクリメンタル信号と、１回転中の原点を示す基準信号Ｚ相と、３相ＡＣサーボモータの相励磁切替信号（コミュテーション信号）ＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３相とを出力する原信号出力部と、エンコーダ主電源の投入状態を検出する電源ＯＮ／ＯＦＦ検出回路と、Ａ，Ｂ２相の位相によりカウントアップパルス及びダウンパルスを出力する方向弁別回路と、カウントデータのプリロードができ前記方向弁別回路の出力パルスをカウントする第１のアップダウンカウンタおよび第２のアップダウンカウンタと、電源ＯＮ後のＡ，Ｂ２相のレベルにより前記第１のアップダウンカウンタにプリロードする初期データを出力する初期値検出回路と、エンコーダの１回転当たりの分解能を設定するパルス数設定値と前記Ａ，Ｂ相と基準信号Ｚ相と前記第２のアップダウンカウンタからのカウントデータより第２のアップダウンカウンタへ供給するプリロードデータとこのデータをロードするためのプリロード信号と初回の基準信号Ｚ相の検出有無を示すプリロードフラグを出力するパルス数判別回路と、外部からのデータ要求信号を受信し要求信号受信と同時に前記原信号出力部からのＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３相と前記第１のアップダウンカウンタおよび第２のアップダウンカウンタからのデータとプリロードフラグを保持、かつシリアルデータに変換し出力するデータ送受信回路とを備えたロータリエンコーダが提案されている（例えば特許文献３参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−２３７００号公報（第２頁、図１３）
【特許文献２】
特開平８−２３３５９９号公報（第１頁〜第５頁、図１，図２）
【特許文献３】
特開２００１−１１６５８９号公報（第１頁〜第６頁、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１に記載された従来例にあっては、３相電流から２相電流への変換及び２相電圧から３相電圧への変換では、常に力率＝１の状態で電流の制御が行うことができ、指令に対する位相の遅れや振幅の減衰等の偏差が存在することを防止して、直流モータと同程度のトルク制御を行うことができるものであるが、モータ制御部を構成する電力増幅器のインバータから出力されるサーボモータ出力はパルス幅変調（ＰＷＭ）されているため、ノイズ発生源となる。このため、エンコーダとモータ制御部との間のデータ伝送への影響を避けるために、このデータ伝送線と３相電力線とは離して配置するなど配線上の配慮が必要であり、機器へのサーボモータ組込みに対する制約となっているという未解決の課題がある。また、データ伝送線は特許文献２及び３に記載された従来例のように、配線数を低減しても、エンコーダへのＤＣ電源供給ライン（ＤＣ，ＧＮＤ）とデータ伝送用差動信号ラインの最低４本の電線は必要であり、コストも嵩むという未解決の課題がある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、エンコーダへ接続するデータ伝送線の配線の自由度を増すと同時にデータ伝送線のコストを低減することができるエンコーダ信号伝送方式を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係るエンコーダ信号伝送方式は、電動モータの回転位置を検知するエンコーダと、前記電動モータの回転位置、速度及びトルクの何れかを制御する制御手段とを有し、エンコーダで検出した電動モータの回転位置信号を前記制御手段に伝送するエンコーダ信号伝送方式において、前記エンコーダと制御手段との信号伝送を直流電力に重畳した信号により行うことを特徴としている。
【０００８】
また、請求項２に係るエンコーダ信号伝送方式は、請求項１に係る発明において、前記制御手段は、出力側にスイッチング素子で構成されたパルス幅変調制御を行うインバータを有し、当該制御手段とエンコーダとの間の信号伝送を前記インバータのパルス幅変調スイッチングタイミングにおける非パルスエッジタイミングで行うことを特徴としている。
【０００９】
さらに、請求項３に係るエンコーダ信号伝送方式は、請求項２に係る発明において、前記制御手段は、前記インバータのパルス幅変調出力電圧指令の振幅と位相とを検出する出力電圧検出手段を有し、該出力電圧検出手段の検出結果に基づいて前記エンコーダとの間の信号伝送タイミングを決定するように構成されていることを特徴としている。
さらにまた、請求項４に係るエンコーダ信号伝送方式は、請求項１乃至３の何れかに係る発明において、前記制御手段及び前記電動モータ間の出力電力線と、前記制御手段及びエンコーダ間の信号伝送線とを同一多芯ケーブル内の電線で構成するようにしたことを特徴としている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施形態を示す概略構成図であり、図中、１は１００Ｖ又は２００Ｖの３相電力が入力されてモータ制御出力を出力する制御手段としての制御アンプであって、この制御アンプ１から出力されるモータ制御出力が３相電力線７を介して永久磁石モータで構成される電動モータとしてのサーボモータ２に入力される。
【００１１】
このサーボモータ２には、その回転軸の回転角を検出するエンコーダ３が取付けられ、このエンコーダ３で検出した回転角データが２本の信号線４ａ及び４ｂを有するエンコーダ信号線４を介して制御アンプ１へ伝送される。このエンコーダ信号線４には、その両端が夫々終端回路５及び６によって終端されている。これら終端回路５及び６の夫々は、２本の信号線４ａ及び４ｂ間に介挿されたコンデンサＣと抵抗Ｒとで構成されている。
【００１２】
ロータリエンコーダ３は、図２に示すように、アルミニウムを切削加工して形成した大内径部及び小内径部を有して円筒状に形成されたエンコーダケース１１と、エンコーダケース１１の左端を閉塞するプリント基板１２と、エンコーダケース１１の小円形部の内周面に、２個のベアリング１３ａ及び１３ｂを介して回転自在に支持されたアルミニウム製の中空軸１６とを有する。
【００１３】
中空軸１６とプリント基板１２との間には１回転に１パルス以上のパルスを出力し、そのパルス数と回転方向を検出するための磁気的パルスエンコーダ部１７が形成され、エンコーダケース１１とプリント基板１２との間には１回転以内の絶対角度を検出する一回転光学式アブソリュートエンコーダ部１８が形成されている。
磁気的パルスエンコーダ部１７は、中空軸１６の左端に取付けられたリング状の磁気式パルスエンコーダ用磁石１９と、プリント基板１２の裏面側における磁気式パルスエンコーダ用磁石１９と対向する位置に配設された磁気センサ２０とで構成されている。
【００１４】
光学式アブソリュートエンコーダ部１８は、中空軸１６に取付けられた磁気式パルスエンコーダ用磁石１９の左表面にアルミニウム板等の非磁性材で形成されたスペーサ２１を介して接着された外周部に複数のスリットパターンを形成し且つ不透明なフィルム又はプラスチック板等により形成された回転スリット板２２と、この回転スリット板２２のスリット部を挟んむようにエンコーダケース１１とプリント基板１２とに対向配置された発光素子２３及び受光素子２４とで構成されている。
【００１５】
そして、磁気的エンコーダ部１７及び光学式アブソリュートエンコーダ部１８で検出されるパルス信号が図３に示すようにエンコーダ伝送制御回路２５に供給されている。
このエンコーダ伝送制御回路２５は、エンコーダ信号線４に接続された送信回路２６及び受信回路２７と、これら送信回路２６及び受信回路２７が接続されたエンコーダ制御回路２８とで構成されている。
【００１６】
送信回路２６は、図４に示すように、エンコーダ信号線４の２本の信号線４ａ及び４ｂに接続された信号線Ｌ１及びＬ２を有し、これら信号線Ｌ１及びＬ２に、信号送信部３１、定電流回路３２、この定電流回路３２における信号線Ｌ１の出力側に接続された引き込み電流検出用抵抗３３、定電圧回路３４及びノイズフィルタ３５がこれらの順に接続され、ノイズフィルタ３５のフィルタ出力がロータリエンコーダ３の内部電源としてエンコーダ制御回路２８により利用される。
信号送信部３１は、信号線Ｌ１及びＬ２間に直列に介挿されたＮＰＮトランジスタ３６と抵抗３７との直列回路で構成され、トランジスタ３６のベースに送信信号ＴＸＤが入力され、コレクタが信号線Ｌ１に接続され、エミッタが抵抗３７を介して信号線Ｌ２に接続されている。
【００１７】
また、定電流回路３２は、エミッタが信号線Ｌ１にエミッタ及びコレクタが介挿されたＰＮＰ型トランジスタ３８と、このトランジスタ３８のベースと信号線Ｌ２との間にコレクタ及びエミッタが介挿されたＮＰＮ型トランジスタ３９と抵抗４０の直列回路と、後述する送信制御信号ＴＸＥＮに基づく信号が非反転入力端子に、引き込み電流検出用抵抗３３で検出されるＡ点の電位が分圧抵抗４１及び４２で分圧された検出電位が反転入力側に夫々入力され、出力端子がトランジスタ３９のベースに接続されたオペアンプ４３とで構成されている。この第１の定電圧回路３２で、トランジスタ３８と引き込み電流検出用抵抗３３との接続点Ａの電位を一定に保ってエンコーダ３に流れ込む電流値を一定に保つようにしている。すなわち、接続点Ａの電位が抵抗４１及び４２で分圧されてオペアンプ４３の反転入力側に印加されることにより、この分圧電位がオペアンプ４３の非反転入力側に供給される基準電位と比較され、その比較結果によって、トランジスタ３９が制御されてトランジスタ３８を流れる電流値を制御することにより、外部のエンコーダ信号線４から引き込む電流値を例えば１００ｍＡの一定値に保つことができる。
【００１８】
さらに、定電圧回路３４は、信号線Ｌ１及びＬ２間にコレクタ及びエミッタが介挿されたＮＰＮ型トランジスタ５１と、信号線Ｌ１及びＬ２間に接続された抵抗５２及びツェナーダイオード５３の直列回路と、この直列回路と並列に接続された分圧抵抗５４及び５５を直列に接続した直列回路と、抵抗５２及びツェナーダイオード５３の接続点が反転入力側に、抵抗５４及び５５の接続点が非反転入力側に夫々接続され、且つ出力側がトランジスタ５１のベースに接続されたオペアンプ５６とで構成されている。また、定電圧回路３４の抵抗５２及びツェナーダイオード５３の接続点と信号線Ｌ２との間に抵抗５７、５８及びドライバ５９が介挿され、ドライバ５９の反転制御端子にインバータ６０を介して送信制御信号ＴＸＥＮが入力され、抵抗５７及び５８の接続点が定電流回路３２におけるオペアンプ４３の非反転入力側に接続されている。
【００１９】
この定電圧回路３４では、信号線Ｌ１における抵抗５２及び５４の接続点間となるＢ点の電位を一定値に保つようにしている。すなわち、ツェナーダイオード５３と抵抗５２によりオペアンプ５６の反転入力側に基準電圧を印加し、この基準電圧とＢ点の電位を抵抗５４及び５５で分圧された電圧とがオペアンプ５６で比較され、その比較結果でトランジスタ５１を制御することにより、Ｂ点の電位を一定値に保つことができる。
さらにまた、ノイズフィルタ３５は、信号線Ｌ１に介挿されたコイル６１と信号線Ｌ１及びＬ２間に接続されたコンデンサ６２とを有し、これらコイル６１及びコンデンサ６２でローパスフィルタが構成されている。
【００２０】
また、受信回路２７は、図５に示すように、エンコーダ信号線４の信号線４ａ及び４ｂに接続される入力端子７１ａ及び７１ｂと、入力端子７１ａに直流をカットするカップリングコンデンサ７２を介して反転入力側が接続され、非反転入力側に抵抗７３及び７４によって形成された受信信号を２値化するための閾値電圧が入力されるコンパレータ７５と、このコンパレータ７５の反転入力側にバイアス電位を印加する抵抗７６及び７７とで構成されている。そして、コンパレータ７５で２値化された信号が受信信号ＲＸＤとしてエンコーダ３の内部回路に供給され、抵抗７３及び７６の接続点と抵抗７４及び７７の接続点が、エンコーダの内部回路に接続されて、エンコーダから電源が供給される。
【００２１】
さらに、エンコーダ制御回路２８は、制御アンプ１から後述するように送信される回転角データ要求を受信回路２７で受信し、その受信信号ＲＸＤが入力されると、磁気的エンコーダ部１７で検出されるサーボモータ２の回転方向と回転角を表すパルス信号と、光学式アブソリュートエンコーダ部１８で検出されるサーボモータ２の１回転内の絶対角を表すパルス信号とに基づいてサーボモータ２の回転角データを演算し、演算した回転角データを受信した回転角データ要求の受信タイミングに同期するようにタイミング補正を行った後、送信制御信号ＴＸＥＮをオン状態とすると共に、回転角データを回転角要求の受信タイミングに同期させた送信データＴＸＤとして送信回路２６に出力する。
【００２２】
したがって、送信回路２６では、エンコーダ制御回路２８から送信データＴＸＤがない場合には、送信制御信号ＴＸＥＮが低レベルとなっており、定電流回路３２におけるオペアンプ４３の非反転入力側に供給される基準電位が接続点Ａの電流値を図６（ａ）に示すように例えば１００ｍＡの基準電流値Ｉ_Ａの直流に制御しているが、この状態からエンコーダ３が送信状態となると、送信制御信号ＴＸＥＮが高レベルに反転され、これによって、インバータ６０及びドライバ５９によりオペアンプ４３の非反転入力側に印加する基準電位を非送信時よりも引き下げ、これによって、エンコーダ３が引き込む電流値を９０ｍＡに下げる。この送信制御信号ＴＸＥＮを高レベルに反転させると同時に送信データＴＸＤがトランジスタ３６のベースに入力され、この送信信号ＴＸＤがオンである場合には、２０ｍＡを引き込み、送信信号ＴＸＤがオフである場合には、電流引き込みを停止する。この引き込み電流がエンコーダ内部に引き込まれる９０ｍＡと重畳され、エンコーダ信号線４上で、図６（ａ）に示すように、１００ｍＡ±１０ｍＡでピーク間電流値Ｉ_ＰＰが２０ｍＡとなる電流波形が得られる。このときのエンコーダ信号線４の電圧波形は、図６（ｂ）に示すように、ロータリエンコーダ３からの信号伝送がない場合に、例えば１２Ｖの直流電圧となり、ロータリエンコーダ３から信号を伝達する場合には１２Ｖの直流に±０．５Ｖでピーク間電圧値Ｖ_ＰＰが１．０Ｖとなる電圧を発生させる。
【００２３】
また、制御アンプ１は、図７に示すように、外部から入力される速度指令値が速度制御器８１に入力され、この速度制御器８１にはロータリエンコーダ３からエンコーダ信号線４を介して入力されるサーボモータ２の回転角データを取り込むエンコーダ伝送部８２からの回転位置情報が速度フィードバック値として入力され、速度指令値と速度フィードバック値との偏差が演算され、これに基づいてサーボモータ２の直交するｄｑ座標軸上の２相電流指令値Ｉｄ^＊及びＩｑ^＊を出力する。
【００２４】
この速度制御器８１から出力される電流指令値Ｉｄ^＊及びＩｑ^＊は、減算器８３に供給され、この減算器８３で、後述するインバータからサーボモータ２に出力されるＵＶＷ相の電流検出値をＡ／Ｄ変換器８４でディジタル値に変換し、このディジタル値をｄｑ変換器８５で変換したサーボモータ２の直交するｄｑ座標軸上の２相電流Ｉｄ，Ｉｑを減算して、両者の偏差を算出し、この偏差がＰＩ制御器８６に供給される。
【００２５】
このＰＩ制御器８６では、入力される２相電流偏差に対して比例積分制御を行うことにより、サーボモータ２へ印加するｄｑ２相電圧を形成し、このｄｑ２相電圧をＵＶＷ変換器８７でサーボモータ２に印加するＵＶＷ相の電圧指令値に変換し、変換した３相電圧指令値をパルス幅変調回路８８に供給してパルス幅変調してからインバータ８９に供給してサーボモータ２に供給するモータ制御信号を形成する。
ここで、パルス幅変調回路８８は、所定周波数の搬送波としての三角波を形成する三角波発生器９０と、この三角波発生器９０から出力される三角波信号とＵＶＷ変換器８７から出力される３相電圧指令値とを比較する比較器９１とで構成されている。
【００２６】
また、インバータ８９は、図８に示すように、３相交流電源を直流変換するダイオード整流器９５と、このダイオード整流器９５の出力信号を平滑化するインダクタ９６及びコンデンサ９７とで構成される平滑化回路９８と、この平滑化回路９８から出力される直流をパルス幅変調処理するインバータ主回路９９とで構成されている。インバータ主回路９９は、サーボモータ２に供給するＵＶＷの３相出力に対応するスイッチング素子Ｓ_ＵＵ，Ｓ_ＵＶ及びＳ_ＵＷを有する上アーム回路９９Ｕと、同様にサーボモータ２に供給するＵＶＷの３相出力に対応するスイッチング素子Ｓ_ＬＵ，Ｓ_ＬＶ及びＳ_ＬＷを有する下アーム回路９９Ｌとを有し、上アーム回路９９Ｕの各スイッチング素子Ｓ_ＵＵ，Ｓ_ＵＶ及びＳ_ＵＷのベースには比較器９１から出力されるＵＶＷ相のパルス幅変調信号がそのまま供給され、下アーム回路９９Ｌの各スイッチング素子Ｓ_ＬＵ，Ｓ_ＬＶ及びＳ_ＬＷのベースには比較器９１から出力されるＵＶＷ相のパルス幅変調信号が反転されて入力されることにより、サーボモータ２に対するＵＶＷ相出力が形成され、これがサーボモータ２に供給される。
【００２７】
そして、ＵＶＷ変換器８７から出力される３相電圧指令値とパルス幅変調回路８８の三角波発生回路９０から出力される三角波信号とがエンコーダ伝送タイミング生成回路１００に入力される。このエンコーダ伝送タイミング生成回路１００では、入力される３相電圧指令値と三角波信号とに基づいて三角波信号の正負の頂点位置で且つパルス幅変調信号のパルスエッジを含まないパルス幅即ちＵ相、Ｖ相及びＷ相のパルス幅変調信号及びその反転信号を個別にアンド回路に供給することにより、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相のパルス幅変調信号及びその反転信号の最小幅のパルス幅と等しいパルス幅の伝送タイミング信号を形成し、形成した伝送タイミング信号をエンコーダ伝送部８２に出力する。
【００２８】
このエンコーダ伝送部８２では、入力される伝送タイミング信号がオン状態であるときにエンコーダ３に対してエンコーダ信号線４を介して回転角データ要求を送信する。
そして、制御アンプ１からサーボモータ２への出力電力線と、制御アンプ１とエンコーダ３との間のエンコーダ信号伝送線４とが同一多心ケーブル内の電線を使用して配線されている。
【００２９】
次に、上記実施形態の動作を説明する。
今、制御アンプ１の速度制御器８１に“０”の速度指令値が入力されていると共に、サーボモータ２が停止しており、インバータ８９から出力されるＵ相、Ｖ相及びＷ相のモータ制御信号も“０”であるものとする。このサーボモータ停止状態でも、制御アンプ１のエンコーダ伝送部８２とエンコーダ３との間がエンコーダ伝送線４で接続されているので、エンコーダ３におけるエンコーダ伝送制御回路２５の送信回路２６では、定電流回路３２及び定電圧回路３４で定電圧且つ定電流の内部電源を形成し、この内部電源が受信回路２７、エンコーダ制御回路２８、磁気的エンコーダ部１７及び光学的アブソリュートエンコーダ部１８に供給されるので、エンコーダ３が正常な動作状態に維持される。
【００３０】
このサーボモータ停止状態で、所望の速度指令値が速度制御器８１に入力されると、エンコーダ伝送部８２から入力される回転速度フィードバック信号が“０”であるので、両者の偏差即ち速度指令値に応じた電流指令値Ｉｄ^＊及びＩｑ^＊が減算器８３に出力される。この減算器８３にはインバータ８９から出力されるＵ相、Ｖ相及びＷ相のモータ制御信号が“０”であるので、ｄｑ変換器８５から“０”のｄｑ２相電流Ｉｄ及びＩｑが入力されるので、電流指令値Ｉｄ^＊及びＩｑ^＊がそのままＰＩ制御部８６に出力される。
【００３１】
このＰＩ制御部８６では、電流指令値Ｉｄ^＊及びＩｑ^＊に対して比例積分制御を行って、ｄｑ２相電圧指令値Ｖｄ^＊及びＶｑ^＊をＵＶＷ変換器８７に出力し、このＵＶＷ変換器８７でＵ相、Ｖ相及びＷ相の３相電圧指令値に変換し、この３相電圧指令値をパルス幅変調回路８８及びエンコーダ伝送タイミング生成回路１００に供給する。
【００３２】
このため、パルス幅変調回路８８では、図９（ａ）に示すように、三角波発生器９０から出力される三角波とＵＶＷ変換器８７から出力されるＵ相、Ｖ相及びＷ相の３相電圧指令値とを比較器９１で比較することにより、この比較器９１から図９（ｂ）〜（ｄ）に示すＵ相、Ｖ相及びＷ相のパルス幅変調信号が出力され、これらがインバータ８９の上アーム回路９９Ｕのスイッチング素子Ｓ_ＵＵ、Ｓ_ＵＶ及びＳ_ＵＷにそのまま供給されると共に、下アーム回路９９Ｌのスイッチング素子Ｓ_ＬＵ、Ｓ_ＬＶ及びＳ_ＬＷに反転即ち逆位相で供給されることにより、このインバータ８９から３相制御出力がサーボモータ２に出力されて、サーボモータ２が回転駆動される。
【００３３】
このように、サーボモータ２が回転駆動されると、制御アンプ１のエンコーダ伝送部８２で、エンコーダ３に対して回転角データの送信を要求する回転角データ要求を送信する。このとき、ＵＶＷ変換器８７から出力される３相電圧指令値と三角波発生器９０から出力される三角波とがエンコーダ伝送タイミング生成回路１００に供給されているので、このエンコーダ伝送タイミング生成回路１００で、三角波の正負の頂点近傍で最小のパルス幅となる伝送タイミング信号を生成する。すなわち、三角波が正であるときに３相電圧指令値の内の最大値と三角波とを比較してパルス信号を形成し、三角波が負であるときに３相電圧指令値の内の最小値と三角波とを比較してパルス信号を形成することにより、図９（ｅ）に示すように図９（ｂ）〜（ｄ）のパルス幅変調信号のパルスエッジを含まない伝送タイミング信号を生成し、これをエンコーダ伝送部８２に出力する。
【００３４】
このため、エンコーダ伝送部８２では、図９（ｆ）に示すように、伝送タイミング信号のオン区間で回転角データ要求をエンコーダ３にエンコーダ伝送線４を介して送信する。このように、搬送波となる三角波の正負の頂点近傍で伝送タイミング信号のオン区間で回転角データ要求を送信することにより、回転角データ要求の送信時にパルス幅変調信号のパルスエッジが存在することがないので、制御アンプ１及びサーボモータ２間の３相電力供給線とエンコーダ伝送線４とを近接した場合でも、回転角データ要求に対するノイズの影響を確実に回避することができる。
【００３５】
そして、図１０に示すように、制御アンプ１から三角波周期の１／２の倍数で回転角データ要求をエンコーダ３に送信し、この回転角データ要求を受信回路２７で受信し、その受信信号がエンコーダ制御回路２８に入力されると、このエンコーダ制御回路２８で、磁気的エンコーダ部１７で検出した回転角及び回転方向を表すパルス信号と、光学的アブソリュートエンコーダ部１８で検出した１回転内の絶対角を表すパルス信号とに基づいて回転角データを演算する回転角演算処理を行い、次いで回転角データ要求に同期させるように送信タイミングを補正してから送信制御信号ＴＸＥＮをオン状態とすると共に、回転角データ要求に同期させて回転角データを送信データＴＸＤとして送信回路２６に供給する。
【００３６】
このため、送信回路２６で、前述した図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、三角波の正負の頂点近傍で制御アンプ１のパルス幅変調信号のパルスエッジが存在しないパルス幅で回転角データを制御アンプ１のエンコーダ伝送部８２に送信する。
そして、エンコーダ伝送部８２から回転角データが速度フィードバック信号として速度制御器８１に供給されて、速度指令値との偏差が算出され、これによりｄｑ２相電流指令値Ｉｄ^＊及びＩｑ^＊が算出されて、減算器８３でｄｑ変換器８５から供給されるｄｑ２相電流値Ｉｄ及びＩｑが減算されて、両者の偏差に基づいてＰＩ制御器８６で比例積分制御を行い、ＵＶＷ変換器８７で３相電圧指令値に変換し、パルス幅変調回路８８でＵ相、Ｖ相及びＷ相のパルス幅変調波が形成され、これがインバータ８９でＵ相、Ｖ相及びＷ相の３相制御出力がサーボモータ２に供給されて、サーボモータ２が速度指令値に応じた速度で回転制御される。
【００３７】
このように、上記第１の実施形態によると、制御アンプ１とエンコーダ３とを結ぶエンコーダ伝送線４で、エンコーダ３に供給する直流電力に伝送信号を重畳することにより、情報伝送を行うようにしたので、２本の信号線で済みエンコーダ伝送線４のコストを低減することができる。
また、エンコーダ伝送線４で送信する伝送信号をインバータによるパルス幅変調信号のスイッチングエッジが存在しない伝送タイミングで伝送するようにしたので、パルス幅変調信号のパルスエッジによるノイズの影響を受けることなく伝送信号を正確に送受信することができる。
【００３８】
このため、制御アンプ１とエンコーダ３との間を接続するエンコーダ伝送線４の配設を制御アンプ１からサーボモータ２に供給する電力線の影響を受けることがなく配設することができ配線の自由度を向上させることができ、サーボモータ２に対する電力線とエンコーダ伝送線４とを同一多芯ケーブル内に共存させることが可能となり、配線作業を効率よく行うことができる。
次に、本発明の第２の実施形態を図１１及び図１２に基づいて説明する。
この第２の実施形態では、ＵＶＷ変換器７７で変換されるＵ相、Ｖ相及びＷ相の３相電圧指令値の値が大きな値となった場合でも、ノイズの影響を受けることなく、エンコーダ伝送部８２におけるエンコーダ３との間のデータ伝送を確保するようにしたものである。
【００３９】
すなわち、第２の実施形態では、制御アンプ１の構成としては、前述した第１の実施形態と同様の構成を有するが、エンコーダ伝送タイミング生成回路１００での伝送タイミング信号の生成方法が変更されている。
このエンコーダ伝送タイミング生成回路１００では、サーボモータ２への出力電圧指令値が大きくなった場合には、パルス幅変調信号を生成するための正弦波制御信号の振幅が大きくなり、三角波の正負の頂点近傍のパルス幅変調におけるスイッチングのない期間が短くなり、特に、１００％に近い出力電圧指令値である場合には三角波の正負の頂点近傍のスイッチングパルス幅は最小値を取る。このため、三角波の正負の頂点近傍のスイッチングパルス幅内のみのデータ伝送では一回の伝送に必要な時間を確保することができなくなる。
【００４０】
このため、三角波発生器９０から出力される三角波信号とＵＶＷ変換器８７から出力されるＵ相、Ｖ相及びＷ相の３相電圧指令値とに基づいてエンコーダ伝送タイミング生成回路１００で、三角波の１周期と３相電圧指令値との関係に基づいて伝送タイミング信号を生成する。
すなわち、ＵＶＷ変換器８７からＵ相、Ｖ相及びＷ相の正弦波制御信号が、図１１（ａ）で曲線Ｌ_Ｕ、Ｌ_Ｖ及びＬ_Ｗで示すように、互いに１２０°の位相差を有して出力される。このとき、三角波発生器９０で発生される三角波の周期が正弦波制御信号の半周期で７周期となるように設定されているものとすると、パルス幅変調信号は図１１（ｂ）〜（ｄ）に示すようになる。
【００４１】
ここで、Ｕ相の正弦波制御信号が最大電圧となる近傍の三角波の１周期を制御角１と、これに続く三角波の１周期を制御角２とし、これに続く三角波の１周期を制御角３とし、これに続く三角波の１周期を制御角４とする。
また、ＵＶＷ変換器７７から出力されるＵ相、Ｖ相及びＷ相の正弦波制御信号の位相により搬送波となる三角波の頂点位置を基準として伝送タイミングを選択すると、図１２に示すように、上部方向（０°）は三角波の正側頂点の位相を示しており、三角波１周期を３６０°としたとき、ＵＶＷ相はお互いに１２０°の位相差を持っているため、電圧指令値の位相により図１２（ａ）〜（ｄ）の４つの図のうちの１つの黒く塗りつぶした部分に相当する位相位置に来る。
【００４２】
図１２（ａ）の制御角１はある相の電圧指令値の最大値と三角波の頂点が略重なった場合であり、ＵＶＷ相のパルス幅変調信号のパルスエッジが存在しない伝送タイミングは三角波の位相で１５°〜１０５°、１３５°〜２２５°、２５５°〜３４５°となり、同様に図１２（ｃ）の制御角３はある相の電圧指令値の最低値と三角波の負の頂点とが略重なった場合であり、この場合も伝送タイミングは三角波位相で−４５°〜４５°、７５°〜１６５°、１９５°〜２８５°となる。それ以外の場合が図１２（ｂ）の制御角２と図１２（ｄ）の制御角４であり、これらの伝送タイミングは三角波位相で−１５°〜１５°、４５°〜７５°、１０５°〜１３５°、１６５°〜１９５°、２２５°〜２５５°、２８５°〜３１５°となる。
【００４３】
ここで、制御角２及び制御角４での伝送タイミングは三角波位相で３０°相当しかないが、エンコーダ伝送速度は例えば５Ｍｂｐｓであって、例えば１５ｋＨｚの三角波搬送波周波数に比較して速く、エンコーダ情報伝送のためには十分な幅を得ることができる。
したがって、エンコーダ伝送タイミング生成回路１００で、三角波発生器９０から出力される三角波とＵＶＷ変換器８７から出力されるＵ相、Ｖ相及びＷ相の電圧指令値とを入力して、制御角１〜４の何れかの状態であるかを検出し、検出した制御角１〜４に応じて図１２（ａ）〜（ｄ）に示す伝送タイミングの伝送タイミング信号を生成することにより、サーボモータ２に対する３相出力電圧指令値が大きくなった場合でも伝送タイミング信号に応じてエンコーダ伝送部８２でノイズの影響を受けることなく確実に回転角データ要求を送信することができる。
【００４４】
このように、エンコーダ伝送部８２で、伝送タイミング信号に応じて回転角データ要求をエンコーダ３に送信することにより、このエンコーダ３のエンコーダ制御回路２８で、前述した第１の実施形態と同様に、磁気的エンコーダ部１７及び光学的アブソリュートエンコーダ部１８から入力されるパルス信号に基づいて回転角データを形成し、形成した回転角データを入力される回転角データ要求の伝送タイミングに同期する伝送タイミングでエンコーダ伝送線４を介して制御アンプ１のエンコーダ伝送部８２に送信することにより、サーボモータ２に対する３相出力電圧指令値が大きくなった場合でもノイズの影響を受けることなく確実に回転角データをエンコーダ伝送部８２に送信することができる。
【００４５】
なお、上記実施形態においては、制御アンプ１とサーボモータ２との間の電力線と、制御アンプ１とエンコーダ３との間のエンコーダ伝送線４とを同一多芯ケーブル内に共存させる場合について説明したが、これに限定されるものではなく、電力線にエンコーダ伝送線４を沿わせて配線するようにしてもよく、別々に配線するようにしてもよい。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明によれば、エンコーダと制御手段との信号伝送を直流電力に重畳した信号により行うようにしたので、エンコーダと制御手段とを２本の信号線で接続するだけで済みエンコーダ伝送線のコストを低減することができると共に、配線作業を容易に行うことができるという効果が得られる。
また、請求項２に係る発明によれば、制御手段は、出力側にスイッチング素子で構成されたパルス幅変調制御を行うインバータを有し、当該制御手段とエンコーダとの間の信号伝送を前記インバータのパルス幅変調スイッチングタイミングにおける非パルスエッジタイミングで行うようにしたので、パルス幅変調信号のパルスエッジによるノイズの影響を受けることなく伝送信号を正確に送受信することができると共に、信号伝送配線の配線自由度を向上させることができるという効果が得られる。
【００４７】
さらに、請求項３に係る発明によれば、制御手段は、前記インバータのパルス幅変調出力電圧指令の振幅と位相とを検出する出力電圧検出手段を有し、該出力電圧検出手段の検出結果に基づいて前記エンコーダとの間の信号伝送タイミングを決定するように構成されているので、パルス幅変調出力電圧指令のパルス幅が狭い状態となっても、ノイズの影響を受けることなく、正確な情報伝送を確保することができるという効果が得られる。
さらにまた、請求項４に係る発明によれば、制御手段及び前記電動モータ間の出力電力線と、前記制御手段及びエンコーダ間の信号伝送線とを同一多芯ケーブル内の電線で構成するようにしたので、制御手段と電動モータ及びエンコーダとの配線作業を効率よく行うことができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す概略構成図である。
【図２】エンコーダの構成を示す断面図である。
【図３】エンコーダの制御回路を示すブロック図である。
【図４】エンコーダの送信回路を示す回路図である。
【図５】エンコーダの受信回路を示す回路図である。
【図６】エンコーダでの送信波形を示す信号波形図である。
【図７】制御アンプの一例を示すブロック図である。
【図８】インバータの一例を示す回路図である。
【図９】本発明の動作の説明に供するタイムチャートである。
【図１０】本発明の動作の説明に供する伝送タイミングの説明図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態を示すタイムチャートである。
【図１２】第２の実施形態の伝送タイミングの説明に供する説明図である。
【符号の説明】
１制御アンプ
２サーボモータ
３エンコーダ
４エンコーダ伝送線
７３相電力線
１７磁気的エンコーダ部
１８光学的アブソリュートエンコーダ部
２５エンコーダ伝送制御回路
２６送信回路
２７受信回路
２８エンコーダ制御回路
８１速度制御器
８２エンコーダ伝送部
８７ＵＶＷ変換器
８８パルス幅変調回路
８９インバータ
１００エンコーダ伝送タイミング生成回路

Claims

電動モータの回転位置を検知するエンコーダと、前記電動モータの回転位置、速度及びトルクの何れかを制御する制御手段とを有し、エンコーダで検出した電動モータの回転位置信号を前記制御手段に伝送するエンコーダ信号伝送方式において、前記エンコーダと制御手段との信号伝送を直流電力に重畳した信号により行うことを特徴とするエンコーダ信号伝送方式。
前記制御手段は、出力側にスイッチング素子で構成されたパルス幅変調制御を行うインバータを有し、当該制御手段とエンコーダとの間の信号伝送を前記インバータのパルス幅変調スイッチングタイミングにおける非パルスエッジタイミングで行うことを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ信号伝送方式。
前記制御手段は、前記インバータのパルス幅変調出力電圧指令の振幅と位相とを検出する出力電圧検出手段を有し、該出力電圧検出手段の検出結果に基づいて前記エンコーダとの間の信号伝送タイミングを決定するように構成されていることを特徴とする請求項２に記載のエンコーダ信号伝送方式。
前記制御手段及び前記電動モータ間の出力電力線と、前記制御手段及びエンコーダ間の信号伝送線とを同一多芯ケーブル内の電線で構成するようにしたことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のエンコーダ信号伝送方式。