(57)【要約】  多回転・絶対位置エンコーダとして、安価なホール素子の出力信号を利用しながら高い精度の位置情報を生成できる、ＤＣモータの制御装置を提供する。  ＤＣモータの制御装置において、エンコーダは、ロータの回転軸の一端に固定された平板状のマグネットと、このマグネットに対向する位置でモータのハウジング側に固定された２組のホール素子群とを備えており、この２組のホール素子群は、回転軸の回転中心を中心とする単一の円周上に、３個のホール素子が等間隔で配置された第１のホール素子群と、第１のホール素子群と同じ円周上において第１のホール素子群の中間に３個のホール素子が等間隔で配置された第２のホール素子群とを有している。制御ユニットは、マグネットのＮ、Ｓ極領域の境界線上の位置をマグネット原点位置とし、２組のホール素子群の出力に基づいて回転軸の回転に伴うＡ相、Ｂ相の信号を生成して出力するとともにマグネットの原点位置の情報を生成する機能を備えている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動信号を生成して出力し、ブラシレスＤＣモータのＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相の各ステータコイルに供給される電力を制御する制御ユニットと、
多極の永久磁石を有するロータの回転を検知する１個のエンコーダとを有する、ブラシレスＤＣモータの制御装置において、
前記エンコーダは、
前記ロータの回転軸の一端に固定され、径方向に着磁された１組のＮ極領域とＳ極領域を有する平板状のマグネットと、該マグネットに対向する位置で前記モータのハウジング側に固定された、２組のホール素子群とを備えており、
前記２組のホール素子群は、
前記回転軸の回転中心を中心とする単一の円周上に、３個のホール素子が等間隔で配置された第１のホール素子群と、
前記第１のホール素子群と同じ円周上において、前記第１のホール素子群の中間に３個のホール素子が等間隔で配置された第２のホール素子群とを有しており、
前記制御ユニットは、
前記マグネットのＮ極領域とＳ極領域の境界線上の位置を、マグネット原点位置とし、前記２組のホール素子群の出力に基づいて、前記回転軸の回転に伴うＡ相、Ｂ相の信号を生成して出力するとともに、前記マグネットの原点位置の情報を生成する機能と、
前記ロータの極数に合わせて前記Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各位相情報を生成する機能と、
前記ブラシレスＤＣモータのステータの各界磁コイルの磁極と電流の関係と前記駆動信号の零に対応する前記Ａ相若しくは前記Ｂ相の出力信号の立ち上がり位相との同期関係に基づき、前記駆動信号に対する前記回転軸の絶対原点位置を取得する機能と、
前記Ａ相、Ｂ相、及び、前記Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各位相の情報を、前記回転軸の前記絶対原点位置を基準とするアブソリュート信号のデータに変換する機能とを備えており、
前記マグネットは前記原点位置が、前記回転軸の前記絶対原点位置と同期する位置に固定されており、
前記エンコーダを前記Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相のロータリーエンコーダとして、前記アブソリュート信号に基づき前記モータを駆動するように構成されていることを特徴とするブラシレスＤＣモータの制御装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１、第２のホール素子群の各ホール素子は、同じ仕様を有しており、
前記制御ユニットは、
前記回転軸の１回転毎に、前記第１ホール素子群を構成する前記３個のホール素子の出力の平均値（ｈ１−avg.）を算出して出力し、前記第２ホール素子群を構成する前記３個のホール素子の出力の平均値（ｈ２−avg.）を算出して出力する機能と、
前記第１ホール素子群の出力の平均値及び前記第２ホール素子群の出力の平均値に基づき、各々、前記回転軸の回転に伴うＡ相、Ｂ相の信号を生成して出力する機能とを有することを特徴とするブラシレスＤＣモータの制御装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記第１、第２のホール素子群の各ホール素子は、同じ仕様を有しており、
前記制御ユニットは、１回転毎の前記各ホール素子Ｈ１−Ｈ３のいずれかの出力パルスが予め設定された閾値の範囲外である場合には、当該ホール素子に異常有りと判定し、センサ異常信号を出力する機能と、
正常な前記ホール素子群がある場合にその出力に基づくバックアップ制御等を行う機能とを有することを特徴とするブラシレスＤＣモータの制御装置。
【請求項４】
請求項２において、
前記制御ユニットは、
前記第１、第２ホール素子群の出力に基づく前記アブソリュート信号を比較し、前記両アブソリュート信号の差分値が許容値を超えていれば、前記モータの異常と判定する機能と、
正常な前記ホール素子群がある場合にその出力に基づくバックアップ制御等を行う機能とを有することを特徴とするブラシレスＤＣモータの制御装置。
【請求項５】
多極の永久磁石を有するロータの回転を検知する１個のエンコーダと、前記エンコーダの出力に基づいてロータの回転を制御する制御装置を備えた、ブラシレスＤＣモータであって、
請求項１−４のいずれか１項に記載の前記エンコーダと前記制御ユニットを備えていることを特徴とするブラシレスＤＣモータ。
【請求項６】
ＤＣモータの駆動信号を生成して出力する制御ユニットと、
前記ＤＣモータの回転軸の回転を検知するエンコーダとを備え、
前記駆動信号に基づき、前記回転軸に固定されたアマチュアにブラシを介して供給される電力を制御する、ブラシ付きＤＣモータの制御装置であって、
前記エンコーダは、
前記ロータの回転軸の一端に固定され、径方向に着磁された１組のＮ極領域とＳ極領域を有する平板状のマグネットと、該マグネットに対向する位置で前記モータのハウジング側に固定された、２組のホール素子群とを備えており、
前記２組のホール素子群は、
前記回転軸の回転中心を中心とする単一の円周上に、３個のホール素子が等間隔で配置された第１のホール素子群と、
前記第１のホール素子群と同じ円周上において、前記第１のホール素子群の中間に３個のホール素子が等間隔で配置された第２のホール素子群とを有しており、
前記制御ユニットは、
前記２組のホール素子群の出力に基づいて、前記回転軸の回転に伴うインクリメンタルなＡ相、Ｂ相の信号と、該Ａ相、Ｂ相の出力信号が特定の関係にある状態を示す位置決め情報とを生成して出力する機能と、
前記マグネットのＮ極領域とＳ極領域の境界線上の位置をマグネット原点位置とし、前記駆動信号の零に対応する前記Ａ相若しくは前記Ｂ相の出力信号の立ち上がり位相との同期関係に基づき、前記駆動信号に対する前記回転軸の絶対原点位置を取得する機能と、
前記Ａ相、Ｂ相、及び、前記Ａ相若しくは前記Ｂ相信号に基づくＺ相の信号を生成する機能と、
前記Ａ相、Ｂ相、及び前記Ｚ相の情報を、前記回転軸の前記絶対原点位置を基準とするアブソリュート信号のデータに変換する機能とを備えており、
前記エンコーダをロータリーエンコーダとして、前記アブソリュート信号に基づき前記ＤＣモータを駆動するように構成されていることを特徴とするＤＣモータの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＣモータの制御装置に関するものであり、特に、被駆動体を駆動するＤＣモータを目標速度及び目標位置で作動させるサーボ制御に適した、ＤＣモータの制御装置に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
ＤＣモータは、構造が比較的簡単で安定した性能が得られ、かつ、安価なため、自動車の補器類等、各種の制御システムを構成する機器の駆動源として、様々な分野に広く採用されている。【０００３】
特許文献１には、本願発明者の発明になるＤＣモータの制御装置として、１対のＭＲセンサを有するＭＲセンサユニットからの位置決め情報とモータの駆動信号との同期の関係から、回転軸に対するＭＲセンサの原点位置(Ｚα)の情報を取得し、モータの回転軸の絶対的原点位置の設定を行い、Ａ相、Ｂ相、及び相対的原点位置の情報の全データをアブソリュート信号のデータに変換してＥＥＰＲＯＭに記録する発明が開示されている。【０００４】
特許文献２には、絶対位置エンコーダとして、永久磁石とこれに対向する第１、第２の磁気センサとを備え、第１磁気センサは機械角で９０度離間して設けられた２個のホール素子を有し、第２の磁気センサは機械角で３０度離間して設けられたＵ，Ｖ，Ｗ相用の３個のホール素子と有し、回転軸の絶対角度位置を検出するようにした発明が開示されている。特許文献２の発明では、さらに、回転軸の半径方向外側に位置する、インクリメンタル形エンコーダを備えている。【０００５】
また、特許文献３には、出力値が逆の相関関係を有する１対のホール素子を設けた２組のホールＩＣと、制御装置と通信部とを有し、１対のホール素子の加算値の状態からホール素子の異常を判定できるセンサ装置が開示されている。また、制御装置とホール素子間でチェック信号を送受することにより、通信部やホール素子の異常も検出することもできる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第６２３２５２６号公報
【特許文献２】特開２０１７―１８１２３５号公報
【特許文献３】特開２０１５−０９８２２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
自動車等の各被駆動部材を駆動するＤＣモータを、サーボモータとして閉ループで制御するためには、モータの回転速度、回転位相、回転方向等の正確な情報が必要である。これらの正確な情報により、被駆動部材の起動・停止、速度制御、位置制御等を行うことで、被駆動部材の安全な運転が可能になる。さらに、自動運転制御、若しくは自動運転制御を促進するためには、より高精度の情報が必要であり、モータの回転軸の絶対角度もしくは絶対的原点位置（アブソリュート位置：Ｚｏ）の情報が必要になる。【０００８】
また、被駆動部材の安全な運転を行うためには、モータの回転軸の角度を検出する角度センサの故障に対する冗長性を高めることも必要である。【０００９】
特許文献１に記載の発明では、エンコーダとして１対のＭＲセンサを使用しているため、センサの信頼度は高いものの、エンコーダのセンサとしてホール素子のみを使用する場合に比べて、コスト高になるという課題がある。
特許文献２に記載の発明は、絶対角度位置検出装置として、回転軸の端面側に設けられた絶対位置エンコーダと、回転軸の半径方向外側に設けられたインクリメンタル形エンコーダとを備えており、全体として、構成が複雑である。
特許文献３に記載の発明では、４個のホール素子の出力値を演算し、それらの少なくとも１つに基づきトーションバーの捩じれ角を演算している。しかし、特許文献３には、ホール素子のセンサとしての信頼度の低さを補うことについての配慮は開示されていない。【００１０】
本発明の１つの目的は、多回転・絶対位置エンコーダとして、安価なホール素子の出力信号を利用しながら高い精度の位置情報を生成できる、ＤＣモータの制御装置を提供することにある。【００１１】
本発明の他の目的は、上記多回転・絶対位置エンコーダが故障した場合にも、ホール素子の出力で比較的高精度にバックアップ制御を継続できる、ＤＣモータの制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の１つの態様によれば、駆動信号を生成して出力し、ブラシレスＤＣモータのＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相の各ステータコイルに供給される電力を制御する制御ユニットと、多極の永久磁石を有するロータの回転を検知する１個のエンコーダとを有する、ブラシレスＤＣモータの制御装置において、
前記エンコーダは、前記ロータの回転軸の一端に固定され、径方向に着磁された１組のＮ極領域とＳ極領域を有する平板状のマグネットと、該マグネットに対向する位置で前記モータのハウジング側に固定された、２組のホール素子群とを備えており、
前記２組のホール素子群は、前記回転軸の回転中心を中心とする単一の円周上に、３個のホール素子が等間隔で配置された第１のホール素子群と、前記第１のホール素子群と同じ円周上において、前記第１のホール素子群の中間に３個のホール素子が等間隔で配置された第２のホール素子群とを有しており、
前記制御ユニットは、前記マグネットのＮ極領域とＳ極領域の境界線上の位置を、マグネット原点位置とし、前記２組のホール素子群の出力に基づいて、前記回転軸の回転に伴うＡ相、Ｂ相の信号を生成して出力するとともに、前記マグネットの原点位置の情報を生成する機能と、前記ロータの極数に合わせて前記Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各位相情報を生成する機能と、前記ブラシレスＤＣモータのステータの各界磁コイルの磁極と電流の関係と前記駆動信号の零に対応する前記Ａ相若しくは前記Ｂ相の出力信号の立ち上がり位相との同期関係に基づき、前記駆動信号に対する前記回転軸の絶対原点位置を取得する機能と、前記Ａ相、Ｂ相、及び、前記Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各位相の情報を、前記回転軸の前記絶対原点位置を基準とするアブソリュート信号のデータに変換する機能とを備えており、前記マグネットは前記原点位置が、前記回転軸の前記絶対原点位置と同期する位置に固定されており、
前記エンコーダを前記Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相のロータリーエンコーダとして、前記アブソリュート信号に基づき前記モータを駆動するように構成されている。【００１３】
これにより、２組のホール素子群の出力信号を利用して実質的に同じ値の２組のアブソリュート位置情報を生成できる。そのため、安価で信頼性が高く、かつ、故障判定が容易な、ＤＣモータの制御装置を提供できる。また、１組のホール素子群が故障した場合も、他のホール素子群の出力で直ちにバックアップ制御できる。そのため、比較的高精度にサーボ制御を継続できる。【００１４】
本発明の他の態様によれば、前記第１、第２のホール素子群の各ホール素子は、同じ仕様を有しており、前記制御ユニットは、前記回転軸の１回転毎に、前記第１ホール素子群を構成する前記３個のホール素子の出力の平均値（ｈ１−avg.）を算出して出力し、前記第２ホール素子群を構成する前記３個のホール素子の出力の平均値（ｈ２−avg.）を算出して出力する機能と、前記第１ホール素子群の出力の平均値及び前記第２ホール素子群の出力の平均値に基づき、各々、前記回転軸の回転に伴うＡ相、Ｂ相の信号を生成して出力する機能を有する。【００１５】
また、本発明の他の態様によれば、前記第１、第２のホール素子群の各ホール素子は、同じ仕様を有しており、前記制御ユニットは、１回転毎の前記各ホール素子Ｈ１−Ｈ３のいずれかの出力パルスが予め設定された閾値の範囲外である場合には、当該ホール素子に異常有りと判定し、センサ異常信号を出力する機能と、正常な前記ホール素子群がある場合にはその出力に基づくバックアップ制御等を行う機能とを有する。【００１６】
本発明の他の態様によれば、前記制御ユニットは、前記第１、第２ホール素子群の出力に基づく前記アブソリュート信号を比較し、前記両アブソリュート信号の差分値が許容値を超えていれば、前記モータの異常と判定する機能と、正常な前記ホール素子群がある場合にその出力に基づくバックアップ制御等を行う機能とを有するする機能を有することを特徴とする。【００１７】
本発明によれば、これらの特徴により、実質的に同じ値の２組の多回転のアブソリュート信号からなる比較的高精度の位置情報を生成できる。そのため、回転センサの第１のホール素子群若しくは第２のホール素子群が故障した場合でもバックアップ制御を円滑に行える、安価で信頼性の高いＤＣモータの制御装置を提供することができる。【００１８】
本発明は、ブラシ付のＤＣモータにも適用することができる。これにより、ブラシ付のＤＣモータについても、安価で信頼性が高く、かつ、故障判定が容易なＤＣモータの制御装置を提供できる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、エンコーダとして安価なホール素子の出力信号を利用しながら、安価で信頼性の高い、多回転・絶対位置の情報を生成できる、ＤＣモータの制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施例に基づく制御装置を備えた、ブラシレスＤＣモータの構成例を示す機能ブロック図である。
【図２Ａ】第１の実施例における、ブラシレスＤＣモータの縦断面図である。
【図２Ｂ】ブラシレスＤＣモータのステータ及びロータの構成例を示す、図２ＡのＢ−Ｂ断面図である。
【図２Ｃ】エンコーダの構成例を示す、図２ＡのＣ−Ｃ断面図である。
【図３】第１の実施例における、ブラシレスＤＣモータの駆動回路の構成例を示す図である。
【図４Ａ】第１の実施例における、アブソリュート回転情報生成部の構成例を示す図である。
【図４Ｂ】第１の実施例における、モータ制御部及びモータ異常判定処理部の構成例を示す図である。
【図５】図４Ａにおける、ホール素子出力処理部の具体的な構成例を示す図である。
【図６】第１の実施例における、初期設定処理の概要を説明するタイムチャートである。
【図７】エンコーダから出力されたホール素子群のアナログ信号を、モータ制御ユニットで処理する概念を示す図である。
【図８】アブソリュート回転情報生成部において生成されるＡ相、Ｂ相の信号と、これらの信号に基づいて生成される、Ｚ相、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各信号、及び、仮の原点位置（Ｔ０）との関係を説明する図である。
【図９】図６に示した初期設定処理時の、アブソリュート回転情報生成処理の詳細を示すフローチャートである。
【図１０】初期設定処理時の、ＰＷＭ信号とエンコーダの出力との関係、及び同期処理の概念を示す図である。
【図１１】図２Ｂのロータを備えたモータにおける、ステータの各界磁コイルの磁極と電流の関係、及び、逆起電力の関係を示す図である。
【図１２】モータの駆動信号に対する回転軸の絶対原点位置（Ｚ０）を求める処理を説明するタイムチャートである。
【図１３】第１の実施例における、通常運転モード時の、アブソリュート回転情報生成処理の詳細を示すフローチャートである。
【図１４】通常運転モード時の、モータ制御部及びモータ異常判定処理部の動作の詳細を示すフローチャートである。
【図１５】本発明の第２の実施例に基づく、制御装置を備えたアウターロータ型のブラシレスＤＣモータの構成例を示す機能ブロック図である。
【図１６】第２の実施例における、エンコーダのマグネットの位置決め方法を説明する図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら、詳細に説明する。
【実施例１】
【００２２】
図１は、本発明の第１の実施例に基づく、制御装置を備えたるラシレスＤＣモータの機能ブロック図である。ブラシレスＤＣモータ１０（以下、単に、モータ１０）は、インナーロータ形の三相ブラシレスＤＣサーボモータであり、モータ本体１００として、回転軸１３と一体に形成された永久磁石タイプのロータと、モータのハウジングに設けられたステータとを備え、ハウジングに設けられた軸受により回転軸１３が回転自在に保持されている。モータ１０のモータハウジングの内部には、回転軸１３の一端側に設けられたエンコーダ２０、モータ制御ユニット３０、及び、モータ駆動回路４０が配設されている。４２は主電源である。【００２３】
なお、モータ制御ユニット３０やモータ駆動回路４０は、例えば、必要な複数の機能を論理回路の形で一つのチップにまとめた専用のＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）として、あるいは、汎用のシングルチップマイコンを用いたＩＣ回路のチップとして実現される。あるいはコンピュータの機能の一部として実現される。以下では、シングルチップマイコンを用いた具体的な構成例について説明する。シングルチップマイコンは、ＣＰＵ、メモリ、発振回路、タイマー、Ｉ／Ｏインタフェース、通信機能（シリアルＩ／Ｆ等）を１つのＬＳＩに集積したものである。メモリに保持された特定のプログラムをＣＰＵ上で実行することで、ブラシレスＤＣモータのモータ制御ユニット３０やモータ駆動回路４０の各機能が実現される。【００２４】
ブラシレスＤＣモータ１０の回転軸１３の他端には、減速機を構成するピニオン等が設けられている。すなわち、回転軸１３の回転が減速機で減速され、直接もしくはクラッチを介して、被駆動部材５０に伝達される。被駆動部材５０としては、例を挙げると、自動車のドアオープナーや、ウオーターポンプ、ワイパー等がある。モータ１０の用途が自動車に限定されないことは言うまでもない。【００２５】
モータハウジングの内部には、回転軸１３の回転に伴う信号を出力するエンコーダ２０が設けられている。エンコーダ２０は、回転軸１３の一端面に固定された平板状のマグネット２１と、これに対向してモータハウジングに設けられマグネットのＮ極とＳ極の磁極の切替りによる磁界の抵抗の変化を検出しアナログ信号として出力する磁気センサとを有している。マグネット２１は、回転軸１３の一端面に固定部材１２６及び固定ピン１２７を介して固定されている。一方、磁気センサは、３個のホール素子（Ｈ１−Ｈ３）からなる第１のホール素子群２２、３個のホール素子（Ｈ４−Ｈ６）からなる第２のホール素子群２３、各ホール素子に共通の電圧Ｖccを印加するホール素子電源２４、及び、各ホール素子（Ｈ１−Ｈ６）に対応する増幅器２５、２６を備えている。磁気センサの各ホール素子（Ｈ１−Ｈ６）には、全て同じ仕様のホールＩＣを用いる（本明細書では、特に区別する必要のない場合、ホールＩＣを、単に「ホール素子」と記載する）。【００２６】
磁気センサの第１のホール素子群（Ｈ１−Ｈ３）２２は、回転軸１３の回転中心を中心とする単一の円周上に、等間隔、すなわち、１２０度（機械角）間隔で配置されている。第２のホール素子群（Ｈ４−Ｈ６）２３は、第１のホール素子群と同じ円周上において、第１のホール素子群の中間に、すなわち、各々６０度（機械角）ずつ位相のずれた位置に配置されている。なお、半径の異なる同心円上に、第１、第２のホール素子群を配置すると、同じ回転角でも第１、第２のホール素子群で検知される出力信号の電圧波形に差異があるため、第１、第２のホール素子群の出力を簡単に比較することができず、実用的ではない。【００２７】
モータ制御ユニット３０やモータ駆動回路４０は、第１、第２のホール素子群のアナログ出力２８、２９が各々入力される第１、第２のアブソリュート回転情報生成部３１０、３２０、メモリ３３０、モータ制御部３４０、モータ異常判定処理部３５０、及び、通信制御部３６０を備えている。メモリ３３０には、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び少なくとも１つの書き換え（重ね書き）可能な不揮発性のメモリが含まれており、バスを介してＣＰＵと接続されている。【００２８】
５００は、上位の制御装置、例えば、ＥＣＵ（Electric Control Unit）、携帯端末、あるいはネットワークを介して接続されたサーバ等であり、モータ制御部３４０及びモータ異常判定処理部３５０とシリアル通信ライン５０１、５０２等を介して接続されている。【００２９】
モータ制御ユニット３０のモータ制御部３４０では、制御装置５００からの外部指令や、エンコーダ２０からの回転情報、モータ本体１００の電流値、及び、被駆動装置５０からの情報等に応じて、モータ１０の駆動信号を生成する。そして、制御された電力がモータ駆動回路４０を介して給電端子４８からモータ１０の３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の各ステータコイルに供給される。ＲＯＭには、電源投入時やリセット時に実行するプログラムや定数が保存されている。ＲＡＭにはプログラムの変数や、外部からの各種の指令値や制御上の目標値、後述するアブソリュート回転情報のデータ等が保持さる。
なお、書き換え（重ね書き）可能な不揮発性のメモリとして、ＥＥＰＲＯＭやＦＲＡＭ（登録商標）（Ferroelectric Random Access Memory）などを採用すればよい。以下の説明では、このようなメモリを、単にＥＥＰＲＯＭとして記載する。【００３０】
モータ制御ユニット３０の第１、第２のアブソリュート回転情報生成部３１０、３２０において、エンコーダ２０から入力された各アナログ信号は各々デジタル信号に変換され、モータの回転に応じたインクリメンタルな信号（Ａ，Ｂ）が生成される。さらに、このＡ相、Ｂ相信号に基づいて、Ｚ相信号、Ｕ、Ｖ、Ｗ相信号のアブソリュート回転情報が生成され、アブソリュート回転情報として、メモリ３３０の不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ等）に逐次、記録・更新される。すなわち、回転位相のみ互いに６０度異なり他は同じ条件で取得・生成された、第１、第２のアブソリュート回転情報が不揮発性メモリに、記録・更新される。
本実施例では、第１のアブソリュート回転情報をモータ制御用のメインの回転情報として使用し、第２のアブソリュート回転情報はバックアップ情報として使用する。【００３１】
モータ制御ユニット３０は、メモリ３３０に記憶された外部からの指令値やエンコーダ２０からの各種の信号に基づいて、被駆動部材５０を駆動するブラシレスＤＣモータの回動位置、ひいては、被駆動部材５０の回動位置を演算し、被駆動部材５０が所定の目標位置で動作するように、ブラシレスＤＣモータのＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各コイルへ電流を供給するインバータ駆動信号の情報を生成する。これらの信号に基づくＤＣモータ駆動用インバータ駆動信号の情報が、ブラシレスＤＣモータのモータ制御ユニット３０から、モータ駆動回路４０へシリアル通信ラインを介して出力される。【００３２】
なお、エンコーダ２０、制御ユニット３０、及び、メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）３３０にバックアップ電源を付設しても良い。このバックアップ電源としては、例えば、ボタン電池やリチウム電池などがある。このバックアップ電源は、通常は、自動車のキースイッチがオンの状態で主電源４２を電源として充電される。そして、バッテリ電源の消失時には、エンコーダ、モータ制御ユニット、及び、ＥＥＰＲＯＭに対する電源として機能する。これにより、想定外の事態でバッテリ電源が消失しても、異常停止時の被駆動部材の駆動に伴うアブソリュート位置信号が、ＥＥＰＲＯＭに記録される。【００３３】
次に、第１の実施例に基づく、ブラシレスＤＣモータの具体的な構成例について、説明する。図２Ａは、第１の実施例に基づく、ブラシレスＤＣモータの縦断面図であり、図２Ｂは、図２ＡのＢ−Ｂ断面図である。図２Ｃは、図２ＡのＣ−Ｃ断面図である。
ブラシレスＤＣモータ１０は、モータ本体１００を構成するカップ状のモータハウジングの内部に、３相のステータコイル１１が固定されている。ステータコイル１１は、周方向に等間隔に配置された９個の界磁鉄心１１２と、各界磁鉄心周りのスロット内に絶縁部材１１３を介して巻かれた界磁コイル１１１とで構成されている。各界磁鉄心１１２に巻回された界磁コイル１１１は、モータ駆動回路４０から印加される電圧の位相によって、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相、すなわち、Ｕ相の界磁コイル（１１Ｕ１〜１１Ｕ３）、Ｖ相の界磁コイル（１１Ｖ１〜１１Ｖ３）、及び、Ｗ相の界磁コイル（１１Ｗ１〜１１Ｗ３）に分類される。【００３４】
一方、８極の永久磁石を有するロータ１２が、回転軸１３と一体に形成され、これらが、モータ１０のモータハウジングの一部を構成する第１のエンドカバー１８、及びモータハウジングに設けられた１対の軸受１６、１７により、回転自在に保持されている。ロータ１２は、回転軸１３に固定されたロータヨーク１２１と、その外周部に固定された８個の永久磁石１２２を有する、８極のロータである。ロータ１２の外周面は、ステータコア１１のティースに、空隙を介して対向している。
なお、ブラシレスＤＣモータ１０のスロット数やマグネットの極数、モータハウジングやカバーなどの具体的構成は、実施例に限定されるものではない。【００３５】
エンコーダ２０とモータ制御ユニット３０は、共通の基板２７上に設けられている。この基板２７は、非磁性かつ電気的に絶縁性の樹脂板等からなり、複数、例えば、３本の支柱１２５により、各ホール素子（Ｈ１−Ｈ６）がマグネット２１に対向し、かつ、各ホール素子及びマグネット２１の各回転中心と回転軸１３の軸芯とが一致するような関係で、モータハウジングの側面に固定され、非磁性材の第２のエンドカバー１９で覆われている。【００３６】
図面上では分かり易くするために、回転軸１３のモータハウジングの端からの突出長さや、固定部材１２６を、大きく表示している。実用上は、突出長さをできるだけ短く、例えば、３ｍｍ程度とするのが望ましい。固定部材１２６は非磁性材料、例えば樹脂製のカップ状の部材であり、例えばその一端にマグネット２１が一体にモールドされている。固定部材１２６は、そのカップ状の中空部に回転軸１３を挿入した状態で、回転軸１３に対して円周方向に回動自在であり、固定ピン１２７や接着剤により、固定部材１２６が回転軸１３に対して固定されている。
また、回転軸１３の直径と、マグネットの直径、各ホール素子が配置される円の直径の関係は、同等のサイズ、あるいは、いずれかの側が若干大きくなるように、適宜設定すれば良い。一例を挙げると、回転軸１３の直径が１０ｍｍに対して、各ホール素子の配置される円の直径は１２ｍｍである。【００３７】
図２Ｃに示すように、本発明では、マグネット原点位置（Ｔ０）を平板状のマグネット２１の、Ｎ極領域とＳ極領域の境界線上の一方の端の位置と定義する。また、ブラシレスＤＣモータの駆動信号の零に同期する回転軸上の位置、例えば、駆動信号の零に同期するＡ相のパルスの立ち上がり時点に相当する、回転軸上の周方向上の特定の位置を、絶対原点位置（Ｚ０）と定義する。
図２Ｃのマグネット原点位置（Ｔ０）は、仮の原点位置を示している。この位置は、本来、回転軸上の絶対原点位置（Ｚ０）と一致すべきものである。【００３８】
本実施例では、ブラシレスＤＣモータの製造工程の最終段階において、ブラシレスＤＣモータの初期設定を行い、マグネットの仮の原点位置（Ｔ０）と絶対原点位置Ｚ０とが一致するようして、マグネットを回転軸に対して固定する。そのために、モータのステータとロータとが組み立てられた段階で、モータの駆動信号に対する回転軸上の絶対原点位置Ｚ０を求める。具体的には、第２のエンドカバー１９がモータハウジングの右側面に固定されていない状態で、回転軸に対してマグネット２１を仮固定し、ブラシレスＤＣモータを駆動することにより、特定のホール素子の出力の位相と、Ｕ相の界磁コイルの逆起電力の積分値ピークの位相と、インバータ駆動信号の零に対応するＵ相コイルの立ち上がりの位相の情報とを取得する。これらの各位相の同期関係に基づいて、回転軸上の絶対原点位置Ｚ０を求める。そして、次に、マグネット原点位置（Ｔ０）と絶対原点位置Ｚ０の位相が一致するように、回転軸上のマグネット２１の位置を決定し、回転軸にマグネット２１を正式に固定する。【００３９】
この初期設定の作業は、例えば、カメラ機能付きの作業ロボットのアーム等を用いて、あるいは、作業者自身によって処理される。この初期設定の具体的な方法については、後で詳細に述べる。【００４０】
図３は、第１の実施例における、ブラシレスＤＣモータの駆動回路の構成例を示す図である。
ステータコイル１１において、各相の界磁コイル１１Ｕ〜１１Ｗは、Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３のコイルが直列に、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３のコイルが直列に、Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３のコイルが直列に、各々結線されている。これらの３つのコイル群は、各々の一端が中性点で接続されている。【００４１】
モータ駆動回路４０は、ＦＥＴトランジスタから成る６つのスイッチング素子ＦＥＴ１〜ＦＥＴ６を含むインバータ４００、各スイッチング素子ＦＥＴ１〜ＦＥＴ６のゲート・ソース間に電圧、すなわちインバータ駆動信号を加えるインバータ駆動制御部４１０、電流制御部４４０、電流検出／制御部４５０、ステータ位相検出部４６０、電源電圧を平滑化する電解コンデンサ４７０、抵抗素子等で構成されている。各スイッチング素子ＦＥＴ１〜ＦＥＴ６は、一端がブラシレスＤＣモータの本体１００の、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のいずれかのコイル１１Ｕ〜１１Ｗに接続され、他端がスイッチを介して主電源である直流電源４２に接続されている。【００４２】
モータ制御ユニット３０は、ブラシレスＤＣモータの通常運転モードにおいて、運転指令と、通常運転モードモータ制御信号（iu，iv，iw）を基に生成された制御信号と、第１、第２アブソリュート回転情報とに基づいて、ブラシレスＤＣモータの本体１００の運転、例えば正弦波駆動を継続する。これにより、被駆動部材５０は、所定の動作範囲で、所定の運転パターンに基づく動作を行う。【００４３】
モータ制御ユニット３０は、モータ駆動回路４０と共に、１枚の基板２７上に実装される。この基板２７は、モータハウジングや第２のエンドカバー１９の内側面でかつ、エンコーダ２０に近接した位置に固定される。なお、基板２７は、ブラシレスＤＣモータが設置される環境によっては、ブラシレスＤＣモータの外部に設置しても良い。【００４４】
図４Ａに、第１アブソリュート回転情報生成部３１０及び第２アブソリュート回転情報生成部３２０の構成例を示す。第１アブソリュート回転情報生成部３１０は、第１ホール素子出力処理部３１１、センサ異常出力部３１２、第１アブソリュート回転情報変換・記録部３１３、原点位置設定部３１４、位相同期処理部３１５、Ｚ相信号及び幅信号の生成部３１６、メモリ制御部３１７を備えている。第２アブソリュート回転情報生成部３２０も、同様に、第２ホール素子出力処理部３２１、センサ異常出力部３２２、第１アブソリュート回転情報変換・記録部３２３、原点位置設定部３２４、位相同期処理部３２５、Ｚ相信号及び幅信号の生成部３２６、メモリ制御部３２７を備えている。
位相同期処理部３１５、３２５は、第１、第２のアブソリュート回転情報間の位相のずれの有無を判定する。【００４５】
図４Ｂに示すように、モータ制御部３４０及びモータ異常判定処理部３５０は、モータ制御信号生成部３４１、駆動信号生成部３４２、自己イニシャライズ処理部３４３、サーボ制御部３４４、センサ・モータ異常時処理部３４５、及び、メモリ制御部３４６を備えている。
モータ制御信号生成部３４１において、モータ制御ユニット３０からの指令に基づきモータ制御信号を生成し、駆動信号生成部３４２で生成された信号に基づきモータ駆動回路４０を駆動して各ステータコイルに供給される電流の位相を制御し、ロータを回転させる。自己イニシャライズ処理部３４３は、モータの起動時に、制御ユニット３０の自己イニシャライズ処理を行い、イニシャライズ駆動信号を生成してモータ駆動回路へ出力し、モータを駆動して、初期設定に必要なアブソリュート回転情報の生成・記録等の処理を行う。サーボ制御部３４４は、予め設定された運転指令値や外部から指示された運転条件とエンコーダ２０の第１、第２アブソリュート回転情報等基づいて、ブラシレスＤＣモータ１０のサーボ制御を実行する。また、モータ制御ユニット３０は、電流検出／制限部４５０で検出された電流に基づき、電流制御部４４０を介して、インバータ駆動制御部４１０に供給される最大の電力や電流を制御する。４６０は電流位相検出部であり、後で詳細に述べるように、初期設定時にブラシレスＤＣモータ１０の各相のコイルの逆起電力（ＶＢＵ、ＶＢＶ、ＶＢＷ）を検出し、モータ制御ユニット３０に伝送する。また、センサ・モータ異常時処理部３４５は、エンコーダ２０からの第１、第２アブソリュート回転情報に基づいて、センサやモータの異常時における処理を実行する。【００４６】
図５に、第１アブソリュート回転情報生成部３１０における、第１ホール素子出力処理部３１１の構成例を示す。この処理回路部３１１は、ＡＤ変換器３１１１、軸ずれ補正処理部３１１２、センサ異常判定部３１１３、振幅／角度変換処理部３１１４、平均角度値（ｈ１−avg.）算出部３１１５、平均角度値のパルスカウンタ３１１６、インクリメンタルＡ相・Ｂ相信号生成部３１１７、位置決め情報生成部３１１８、及び、バッファメモリ３１１９を有している。第１ホール素子出力処理部３１１には必要に応じて温度センサ３１８の出力も入力される。この処理回路部３１１は、例えば、メモリ付きのマイクロコンピュータ上で特定のプログラムを実行することにより実現され、逐次、第１ホール素子群のアナログ入力に基づき、第１ホール素子群の平均角度値（ｈ１−avg.）などを生成する機能を有している。第２ホール素子出力処理部３２１も、同様な構成を備え、平均角度値（ｈ２−avg.）を算出する機能等を備えている。【００４７】
次に、図６〜図８を参照しながら、第１の実施例における、初期設定処理の概要を説明する。
初期設定は、図６のタイムチャートに示したように、外部端末装置７００から、モータ制御ユニット３０の初期設定に関係したプログラム、すなわち自己イニシャライズ処理部３４３を起動し、必要なパラメータを設定することにより、開始される(Ｓ６０１)。
なお、この段階では、モータのロータ（回転軸１３）に、マグネット２１が任意の位置（マグネット原点位置（Ｔ０））で仮固定されており(Ｓ６０３)、１対のホール素子群２２、２３や処理回路（アブソリュート回転情報生成部３１０、３２０）が、モータハウジングの側面に固定され(Ｓ６０４)、かつ、第２のエンドカバー１９はまだモータハウジングの右側面に固定されていない。【００４８】
モータ制御ユニット３０では、初期設定に関係したプログラムの起動に伴い、初期設定用の任意（所定）のイニシャライズ駆動信号を生成し(Ｓ６０２)、モータの３相のステータコイル(固定子巻線)に駆動電力を供給し、モータを起動運転する(Ｓ６０５)。これに伴いロータ１２及びマグネット２１が正逆双方向に所定の回転数で回転し(Ｓ６０６)、エンコーダ２０(ホール素子群)や処理回路（第１、第２アブソリュート回転情報生成部)により、第１、第２ホール素子群の平均角度値（ｈ１−avg.）、（ｈ２−avg.）に基づくパルス信号が生成される(Ｓ６０７)。また、マグネット原点位置の信号（Ｔ０）も生成出力される。モータ制御ユニット３０では、第１、第２のホール群の平均出力値に基づき、インクリメンタルなＡ相・Ｂ相の信号を生成し、各Ａ相，Ｂ相の信号のデータにＥＥＰＲＯＭのアドレスを付与して、暫定的なアブソリュート信号を生成する(Ｓ６０８)。【００４９】
図７に、エンコーダ２０から出力された各ホール素子のアナログ信号を、モータ制御ユニット３０の第１、第２アブソリュート回転情報生成部３１０、３２０で処理する概念を示している。
ホール素子群（Ｈ１−Ｈ６）は、作用する磁界の方向に対して電気抵抗値の変化する特性が異なるように設けられている。このため、マグネット２１が角度Θだけ正回転（時計周り）して各ホール素子に作用する磁界の向きが回転すると、それに対応して各ホール素子の電気抵抗値、換言すると各ホール素子の出力信号の電圧が変動する。すなわち、図７の（ａ）に示したように、回転軸１３の１回転３６０°（機械角）毎に、各々のホール素子（Ｈ１−Ｈ６）から１周期分のＳＩＮ波のアナログ信号が出力される。【００５０】
ホール素子群の各アナログ信号は、モータ制御ユニット３０を構成するマイクロコンピュータの対応するアナログ入力端子、マルチプレクサ、及びサンプルホールド回路を経て、第１、第２アブソリュート回転情報生成部３１０、３２０の各Ａ／Ｄ変換器３１１１に入力され、ここで、各々デジタル信号に変換される。
各ホール素子から得られるデジタル信号は、各センサ等の制作誤差、設置誤差、温度の影響等により、誤差（主に軸ずれ誤差）を含んでいる可能性がある。軸ずれ補正処理部３１１２では、回転軸１３の１回転分のデータに基づき、各ホール素子の回転中心を抽出し、回転角度Θに対する信号のひずみの有無を検知し、ひずみがある場合にはそれらの補正処理を行う。【００５１】
インクリメンタルＡ相・Ｂ相信号生成部３１１７で、モータ１０の１回転毎に出力されるＡ相・Ｂ相の信号のパルス数は、ホール素子の精度や制御に必要とされる分解能等に応じて、任意の値に設定すればよい。例えば、１回転毎に５００〜１０００パルスを設定する。
センサ異常判定部３１１３では、１回転毎の各ホール素子Ｈ１−Ｈ３のいずれかの出力パルスが所定値に対して予め設定された閾値の範囲外である場合には、そのホール素子に異常有りと判定し、センサ異常出力部３１２からセンサ異常信号を出力する。例えば１回転毎の所定値が７２０パルスに設定されている場合、閾値を２パルスとし、この範囲を超えた場合には、そのホール素子に異常有りと判定する。【００５２】
正常なホール素子のデジタル信号は、次に、振幅／角度変換処理部３１１４で、例えば以下の関係に基づき、各ホール素子の出力アナログ信号が有していた振幅Ａが各々回転角度θに変換される。ホール素子の出力信号の振幅をＡとし、回転軸のマグネット原点位置（Ｔ０）からの回転角をθとすると、
Ａ＝Ｋ×ｓｉｎθ
但し、Ｋは定数
従って、Ａ／Ｋのアークサイン（ａｓｉｎθ）値をとれば、回転角θが得られる。１８０°〜３６０°の範囲では、出力信号が負の値となる。【００５３】
ホール素子１個のみの出力では、回転位置による誤差、ホール素子のばらつき、温度の影響などによる検出誤差がある。そこで、平均角度値算出部３１１５において、回転軸の１回転毎に第１ホール素子群（Ｈ１−Ｈ３）を構成する３個のホール素子の出力の平均値（ｈ１−avg.）を算出する。なお、各ホール素子（Ｈ１−Ｈ３）設置位置における回転角の位相は、温度などの影響を受け難いという特性がある。そこで、本発明では、少なくともいずれかの１つ、以下ではホール素子Ｈ１の設置位置を基準として、その間の平均値（ｈ１−avg.）を算出する。平均値の算出にあたっては、中間のホール素子（Ｈ２、Ｈ３）の設置位置における出力信号の振幅のデータにも重みをつけ、電気角の内挿処理により多分割する。このようにして、回転軸の１回転あたり、例えば、各々、７２０パルスの、Ａ相、Ｂ相のデジタル信号に各々変換される。
例えば、図７の（ａ）の第１ホール素子群（Ｈ１−Ｈ３）の３点の出力に対応して、図７の（ｂ）に示すθａのデータが得られる。すなわち、図７の（ｂ）に示したように、同一円周上でかつ１２０度ずつ位相の異なる３点の第１ホール素子群（Ｈ１−Ｈ３）の出力を平均値化することで、より精度の高い角度のデータ（ｈ１−avg.）を取得する。
この検出角度値の平均値（ｈ１−avg.）を、エンコーダ２０の第１ホール素子群の出力とする。
なお、ホール素子の数を４個以上とすることも考えられるが、構成が複雑化しコストアップするのに比して得られる精度向上の効果が少ないので、実用的ではない。【００５４】
この平均値の出力は次に、平均角度値のパルスカウンタ３１１６で加算され、その累積加算値が、インクリメンタルＡ相・Ｂ相信号生成部３１１７で、インクリメンタルなＡ相信号及びＢ相信号（以下、Ａ相・Ｂ相信号）パルスのデータとして生成される。図７の（ｄ）は、第１ホール素子群（Ｈ１−Ｈ３）の出力の平均値（ｈ１−avg.）に基づく第１のＡ相・Ｂ相信号の一例である。これらのＡ相・Ｂ相信号には、入力順に、ＥＥＰＲＯＭのアドレスが付与され、第１アブソリュート回転情報の基となる。
なお、パルスカウンタ３１１６にはアップダウンカウンタを採用し、パルスの累積加減算値に、回転軸１３の正逆の回転方向の情報も付加したＡ相、Ｂ相信号を生成するのが望ましい。また、回転軸１３の１回転毎に１回、（ｈ１−avg.）が零になる角度において、マグネット原点位置（Ｔ０）信号を生成する。この信号は、回転軸１３の回転数を検知する信号と兼用することもできる。【００５５】
第２ホール素子群の出力（ｈ２−avg.）の処理についても、同様である。図７の（ｃ）は、第２ホール素子群の出力に基づく検出角度値の平均値（ｈ２−avg.）の一例であり、図７の（ｅ）は、第２ホール素子群の検出角度値の平均値（ｈ２−avg.）に基づく第２のＡ相・Ｂ相信号の一例である。これらのＡ相・Ｂ相信号には入力順に、ＥＥＰＲＯＭのアドレスが付与され、第２アブソリュート回転情報の基となる。
第１アブソリュート回転情報生成部による検出角度値の平均値（ｈ１−avg.）と第２アブソリュート回転情報生成部による検出角度値の平均値（ｈ２−avg.）との間には、位相差（機械角）θBの差がある。換言すると、マグネット２１が逆回転する場合には、この位相差の関係は逆になる。【００５６】
また、位置決め情報生成部３１１８では、第１、第２アブソリュート回転情報生成部による検出角度値の平均値（ｈ１−avg.）、（ｈ２−avg.）に基づき、それらの値が零（回転角０度）毎に、位置決め情報Ｓｎ、Ｓｓｎ（図１０参照）を生成する。第１、第２のＡ相・Ｂ相信号、位置決め情報Ｓｎ、Ｓｓｎ、及び、センサ異常信号は、バッファメモリ３１１９に保持され、さらに、メモリ制御部３１７を介して、メモリ３３０の不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ等）に逐次、記録・更新される。【００５７】
図６のタイムチャートに戻り、次に、原点位置設定部３１４において、モータのステータコイル１１１への駆動電力の供給に伴う各相の逆起電力（ＶＢＵ、ＶＢＶ、ＶＢＷ）の検出を行い(Ｓ６０９)、逆起電力の積分値ピークの位相Ｐｚの情報を取得する(Ｓ６１０)。
一方、初期設定駆動信号（iu，iv，iw）に合わせて、アブソリュート回転情報のＡ，Ｂの出力信号から、ロータ１２の極数に合わせて、モータを正逆双方向に正負の回転数、例えば各々１回転させるのに必要な、電気角で１２０°の間隔で立ち上がるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各信号の位相情報を生成する。例えば、機械角４５°毎に、ロータ１２が１回転するように、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各信号の位相情報のテーブルを生成し、メモリに記録する。【００５８】
また、Ｕ相、Ｖ相の信号の立ち上がりは、Ａ相信号の立ち上がり位相に同期している。同様にして、Ｗ相の信号の立ち上がり位相や、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各信号の立ち下がり位相を示す位相情報も、テーブルに記録される。この点に関しては、後で図１１、図１２を参照して説明する。【００５９】
次に、マグネット原点位置（Ｔ０）と、Ａ，Ｂの出力信号と、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相信号の立ち上がり位相Ｓnとを同期させ、各相の暫定アブソリュート回転情報（Ｔ０基準）を生成し、メモリに記録する(Ｓ６１１)。
なお、この段階では、このマグネット原点位置（Ｔ０）が、エンコーダの絶対原点位置（Ｚ０）とどのような対応関係にあるかは明確ではない。【００６０】
次に、前に求めた積分値ピークＰzの位相に基づき、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各信号の立ち上がり位相Ｓnを抽出する(Ｓ６１２)。
さらに、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各コイルに関する信号に対して、Ｔ０基準のＺ相の幅を確定する。そして、Ｚ相信号及び幅信号の生成部３１６で、各相の幅信号を付加した暫定アブソリュート回転情報のテーブルを生成する(Ｓ６１３)。
マグネット原点位置（Ｔ０）に対応する最初のＡ相信号の立ち上がり位置、換言するとＵ相信号の立ち上がり位置から、Ｕ相コイルへの励磁電流が増加する。そのため、図７の（ｂ）の例では、回転軸１３の１回転に１つ、例えば、Ｕ相コイルへの励磁電流が増加方向にある、回転角度Θ＝１００°（電気角）の積分値ピークの位置が、エンコーダのマグネットの絶対原点位置を求めるための１つの「位置決め情報（Ｓn）」とし、ＥＥＰＲＯＭに記録される。【００６１】
次に、原点位置設定部３１４において、エンコーダの出力、前記積分値ピーク及び前記回転軸の回転角の情報の関係に基づいて、駆動信号に対する回転軸の絶対原点位置（Ｚ０）を求める（Ｓ６１４）。
このようにして、初期設定駆動信号に対応するＡ相、Ｂ相信号及びＵ相の逆起電力の積分値の情報を基にした、「回転軸上の絶対原点位置（Ｚ０）」のデータが得られる。【００６２】
図８は、アブソリュート回転情報生成部において生成される、マグネット原点位置（Ｔ０）基準の、Ａ相、Ｂ相の信号と、これらの信号に基づいて生成される、Ｚ相、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各信号の関係を示している。【００６３】
ここまでの一連の処理が完了したら、次に、モータ制御ユニット３０から外部端末装置７００へ、回転軸に対するマグネットの位置決めの要求を送る(Ｓ６１５)。【００６４】
これを受けて、モータ制御ユニット３０は、作業ロボットもしくは作業者に、「ロータを固定し、マグネットの仮固定を外し、マグネットを回転軸に対して回転させる」指令を送る(Ｓ６１６)。マグネット２１の回転に伴いエンコーダ２０から図７の（ａ）に示したような出力、すなわち、マグネット原点位置（Ｔ０）の情報が得られる(Ｓ６１７)。このマグネット２１のマグネット原点位置（Ｔ０）の情報はモータ制御ユニット３０を経由して(Ｓ６１８)、外部端末装置７００に送信される。作業ロボットや作業者などは、マグネット原点位置（Ｔ０）の情報を基に、マグネットを回転軸に対して絶対原点位置Ｚ０に固定すべき位置（Ｔ０＝Ｚ０）を決定する(Ｓ６１９)。これに伴い、マグネットの回転軸に対する位置が絶対位置Ｚ０に設定され(Ｓ６２０)、作業ロボット等がマグネット２１を回転軸に固定する(Ｓ６２１)。モータ制御ユニット３０は、さらに、作業ロボット等に、「ロータの固定を解除」する指令を送る(Ｓ６２２)。【００６５】
その後、エンコーダから得られた全ての信号の位置データが絶対原点位置Ｚ０基準に変更され、Ｚ相信号、「Ｚ相の幅」と関係づけられ、ＥＥＰＲＯＭのアドレスが付与される。このようにして、回転軸１３の絶対原点位置を表す、アブソリュート回転情報に変換される。すなわち、各相信号の暫定アブソリュート回転情報(（Ｔ０）基準）を、絶対原点位置Ｚ０基準に補正したアブソリュート回転情報のテーブルとして生成し(Ｓ６２３)、ＥＥＰＲＯＭに記録する。【００６６】
同様にして、各相の多回転アブソリュート回転情報を生成し、ＥＥＰＲＯＭに記録する(Ｓ６２４)。これを受けて、初期設定は終了する(Ｓ６２５)。【００６７】
次に、初期設定の処理について、図９〜図１２を参照しながら、より詳細に説明する。
本発明の第１の実施例におけるモータ制御ユニット３０は、電源立ち上げ直後に、初期設定プログラムを起動する。まず、電源立ち上げ直後に、初期設定済か否かをチェックし、否の場合、初期設定処理モードに移行する。【００６８】
図９に、モータ制御ユニット３０の初期設定処理時の、アブソリュート回転情報生成処理の詳細を示す。
初期設定処理では、まず、固定部材１２６に保持されたマグネット２１を、図２Ｃに示した暫定位置(（Ｔ０）基準）で回転軸１３に対して固定ピン１２７により仮固定する。そして、ＥＥＰＲＯＭデータの初期化を行い（Ｓ９１０）、自己イニシャライズ処理部３４３で、初期設定のための初期設定駆動信号、例えばインバータ駆動用のＰＷＭ信号(±Ｎ回転)を生成する。初期設定駆動信号（iu，iv，iw）は、ブラシレスＤＣモータを、零回転を挟んで正、逆方向に各々１〜数回転だけ駆動する信号で足りる（図１２参照）。この初期設定駆動信号を、モータ制御信号生成部３４２へ出力し、サーボ制御部３４４において生成されたインバータ駆動信号（ＰＷＭ信号）で、ブラシレスＤＣモータの本体１００を駆動する（Ｓ９１１）。初期設定処理では、ブラシレスＤＣモータをオープン制御の状態で、初期設定駆動信号により、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各コイルへ電力を供給してブラシレスＤＣモータを駆動する。そして、第１、第２のホール群の平均出力値（ｈ１−avg.）、（ｈ２−avg.）を取得する（Ｓ９１２）。【００６９】
図１０は、初期設定処理時の、第１、第２ホール素子群の出力の振幅／角度変換処理後の平均値（ｈ１−avg.）、（ｈ２−avg.）と、位置決め情報（Ｓｎ、Ｓｓｎ）の関係を示している。位置決め情報は、正回転指令時のＡ相信号の０度に対応する平均値（ｈ１−avg.）、（ｈ２−avg.）が各々零（回転角０度）に相当する位置で生成されている。なお、ＺαとＺα’は、後述するように、回転軸上の絶対原点位置（Ｚ０）に相当する位相を示している。
そして、第１、第２のホール群の平均出力値に基づく、Ａ相・Ｂ相の信号を生成する。また、第１、第２のホール素子群のセンサが正常か判定する（Ｓ９１３）。例えば、位相同期処理部３１５、３２５により、第１、第２のホール群の平均出力値に基づく、Ａ相・Ｂ相の信号の位相が所定の関係（位相差＝θB）にあるかを判定する。また、異常信号が出力されているセンサがある場合には、正常なホール素子群の出力でＡ相・Ｂ相の信号を生成する（Ｓ９１４）。第１、第２のホール素子群のセンサが共に異常の場合には、安全のための緊急の運転モードに移行する。ホール素子の異常は、上位のＥＣＵに通知するとともに、センサ・モータ異常時処理部３４５で所定の処理を実行する（Ｓ９１５）。【００７０】
各センサが正常な場合、次に、第１、第２のホール群の平均出力値に基づくＡ相、Ｂ相信号のアブソリュート化を行う（Ｓ９１６）。すなわち、第１、第２のホール素子群のＡ相、Ｂ相信号の各データにＥＥＰＲＯＭへの書き込み用のアドレスの付与（番地付け）を行う。このようにして、暫定的な第１、第２のアブソリュート信号のデータを、ＲＡＭを経由してＥＥＰＲＯＭに記録する。暫定的な第１、第２のアブソリュート信号のデータには、共に、絶対原点位置（Ｚ０）を基準とするアドレスが付与される。すなわち、ＥＥＰＲＯＭのアドレスが付与された後の第１、第２のアブソリュート値のテーブルのデータは、図１０において、相対応する位置決め情報（Ｓn）、（Ｓｓn）間に位相差（＝θB）の無い、絶対原点位置基準のデータである。【００７１】
次に、回転軸に対するマグネットの絶対位置を求め、絶対位置情報に基づくアブソリュート信号のデータを生成できるようにするための、原点位置設定部３１４による一連の処理に移行する。まず、最初に駆動信号に基づく、ステータコイルへの駆動電力の供給に伴う各相の逆起電力の検出を行い、逆起電力の積分値ピークＰzを検出する。【００７２】
この逆起電力の検出について、図１１を参照しながら説明する。図１１は、８極の永久磁石を有するロータを備えたＤＣモータにおける、ステータの各界磁コイルの磁極と電流の関係、及び、各界磁コイルの逆起電力の関係を示す図である。ここでは、０°〜１２０°（電気角）の範囲のみの関係を示している。
ステータの各界磁コイル１１Ｕ，１１Ｖ，１１Ｗへ供給される電流の位相を回転させることにより、ロータ１２が回転する。この各界磁コイルへ供給される電流の大きさとその方向に応じて、各界磁コイルに逆起電力Ｖｂｕ、Ｖｂｖ、Ｖｂｗが発生する。【００７３】
原点位置設定部３１４では、各相信号の立ち上り位相の抽出を行い、各相の逆起電力の積分演算を行い、積分値が所定の閾値を超えたピーク位置Ｐzを検出する。そして、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各駆動信号の位相データにおける、各駆動信号の立ち上がり位置（Ｓｎ、Ｓｓｎ）を抽出する（Ｓ９１８）。
例えば、Ｕ相の逆起電力の積分値ピークに着目すると、１回転（３６０°）当たり、６回の積分値ピークが得られる。同様に、Ｖ相の界磁コイル（１１Ｖ１〜１１Ｖ３）、及び、Ｗ相の界磁コイル（１１Ｗ１〜１１Ｗ３）に関しても、各々、１回転当たり、６回の積分値ピークが得られる。【００７４】
図９に戻り、Ｚ相信号及び幅信号の生成部３１６は、次に、各相コイルの信号の幅を設定する（Ｓ９１９）。
例えば、Ａ相信号の立ち上がりに同期し、Ａ相信号の１／２周期の幅を有する「Ｚの幅（１）」の信号を確定する。さらに、Ａ相信号の立ち上がりに同期し、Ａ相信号の１周期の幅を有する「Ｚの幅（２）」の信号を確定する。同様にして、Ｂ相信号の立ち上がりに同期し、Ｂ相信号の１／２周期の幅を有する「Ｚの幅（３）」の信号を確定する。さらに、Ｂ相信号の立ち上がりに同期し、Ｂ相信号の１周期の幅を有する「Ｚの幅（４）」の信号を確定する。各Ｚ相の幅のデータは、ＰＷＭ信号の生成などに用いられる。【００７５】
Ｚ相信号が得られた、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各信号の、各Ａ相・Ｂ相信号の累積加算値は、次に、回転軸１３の１回転毎（３６０度毎）の累積加算値に変換され、これとＺ相信号の組み合わせに、ＥＥＰＲＯＭのアドレスを付与して、（Ｔ０）基準の暫定アブソリュート回転情報のデータとなる。【００７６】
次に、原点位置設定部３１４において、第１、第２のホール群の平均出力値、前記積分値ピーク及び前記回転軸の回転角の情報の関係に基づいて、駆動信号に対する回転軸の絶対原点位置（Ｚ０）を求める（Ｓ９２０）。【００７７】
図１２は、駆動信号に対する回転軸の絶対原点位置（Ｚ０）を求める処理を説明するタイムチャートである。
インバータ駆動信号を出力してブラシレスＤＣモータを正・逆双方向に駆動すると、エンコーダ２０及び第１、第２アブソリュート回転情報生成部から、指令値（Ｕ，Ｖ，Ｗ相の駆動信号）に対応するＡ相、Ｂ相信号が得られる。また、前記した通り、位相検出部４６０からのデータに基づき、原点位置設定部３１４において、対応する複数のピーク位置、すなわち、複数の位置決め情報が得られる。【００７８】
回転軸上の絶対原点位置（Ｚ０）に対応する位置決め情報（Ｓｎ、Ｓｓｎ）は、回転軸１３の１回転に１つ出力されるべきである。さらに、この位置決め情報は、Ｕ，Ｖ，Ｗのいずれか１相のコイルへの励磁電流が増加方向にある区間内の、Ａ相信号の０度に対応する立ち上がり時点に相当する位置と定義する。この場合、ブラシレスＤＣモータが正回転の状態で、回転軸がこの絶対原点位置（Ｚ０）を通過する必要がある。
そこで、原点位置設定部３１４において、図１２に示すように、ブラシレスＤＣモータを起動し、初期設定駆動信号（インバータ駆動信号）により、間に零回転を含む範囲で、ブラシレスＤＣモータを正回転もしくは逆回転させる。【００７９】
ブラシレスＤＣモータを、例えば、−１回転から＋１回転まで正回転させた場合、−１回転から零回転を通過し＋１回転まで回転する間に、図１２の上段に示すように、Ｕ相コイルの逆起電力の積分値（ピーク値）が閾値に達する。このようにして、各信号の立ち上がり時点に対応する位置決め情報（Ｓ１）〜（Ｓ６）が出力される。【００８０】
次に、これらＵ相の逆起電力の積分値（ピーク値）が閾値に達する位置決め情報（Ｓ１）〜（Ｓ６）の位相の中で、上記定義に基づき、図１２の中段に示したように、インバータ駆動信号のＵ相コイルのＰＷＭ信号のＯＮデューティが零に同期する、位置決め情報（Ｓ４）の位相Ｚαが、回転軸上の絶対原点位置（Ｚ０）に同期していると判定する。
なお、Ｕ相コイルに代えて、Ｖ相若しくはＷ相のコイルへの励磁電流を基に、回転軸上の絶対原点位置（Ｚ０）に同期する位置決め情報を出力するようにしても良い。【００８１】
また、逆起電力の積分値の代わりに、設計情報に基づき、界磁コイル１１１と界磁鉄心１１２の構造、ひいては界磁鉄心における磁極の切り替わり位置を機械的に求め、モータのステータ上に磁極の切り替わり位置をマークで表示し、このマークを使用して、回転軸上の絶対原点位置（Ｚ０）を求めるようにしても良い。【００８２】
このようにして、マグネット原点位置（Ｔ０）基準の第１のアブソリュート値のテーブルが、初期設定駆動信号に対応する高分解能のＡ相、Ｂ相信号及びＵ相の逆起電力の積分値の情報を基にした、高精度の「回転軸上の絶対原点位置（Ｚ０）」のデータ、及び、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各信号の位相情報のデータ、すなわち、絶対原点位置（Ｚ０）を基準としたアブソリュート値のテーブルに変換される。
第２のアブソリュート値のテーブルについても同様に処理される。【００８３】
ここまでの一連の処理が完了したら、モータ制御ユニット３０から外部端末装置７００へ、マグネットの位置決めの要求を送り、これを受けて、モータ制御ユニット３０は、マグネットの位置決めの処理に移行する。
回転軸１３を固定した状態で、回転軸１３上でマグネット２１を相対的に回転させると、回転角度に対して、第１ホール群の平均出力値が、図７にサイン波形で示されるように変化し、マグネット原点位置（Ｔ０）信号が出力される。そこで、マグネット２１を回転軸１３に対して回転させ、第１ホール群の平均出力値（マグネット原点位置（Ｔ０）信号）が、先に求めた絶対原点位置（Ｚ０）と一致する位置を求め、この位置でマグネット２１を回転軸１３に固定する。このようにして、マグネット２１は回転軸１３上の絶対原点位置（Ｚ０）に固定される。すなわち、マグネット２１は、このマグネットの原点位置（Ｔ０）が、回転軸１３の絶対原点位置（Ｚ０）と同期する位置に固定される。【００８４】
回転軸１３に対するマグネット２１の位置固定法の一例として、固定ピン１２７や接着剤等で、固定部材１２６を回転軸１３に固定する。
これらの情報から、駆動信号と回転軸上のマグネットの角度の関係が求まり、マグネットを回転軸に対して相対的に回転させる。すなわち、各相の立ち上がり位置Ｓｎを絶対原点位置Ｚ０で補正して、暫定アブソリュート回転情報のデータを、絶対原点位置を基準とするアブソリュート回転情報のデータに変換する（Ｓ９２１）。これにより、駆動信号とエンコーダ２０の出力とを完全に同期させることが可能になる。【００８５】
次に、エンコーダから得られた全てのＡ相、Ｂ相信号は、各相信号の絶対位置Ｚ０やＺ相信号、「Ｚ相の幅」と関係づけられ、ＥＥＰＲＯＭのアドレスが付与され、回転軸１３の絶対原点位置を表す、アブソリュート回転情報に変換される（Ｓ９２２）。すなわち、各相信号の暫定アブソリュート回転情報(Ｔ０基準）を、Ｚ０基準のデータに補正して、多回転のアブソリュート回転情報を生成する。
これらの第１、第２のアブソリュート回転情報は、いずれも同じ絶対原点位置（Ｚ０）を基準としている。従って、全ホール素子群（Ｈ１−Ｈ６）が正常に機能している場合、Ａ相、Ｂ相のデジタル信号にＥＥＰＲＯＭのアドレスが付与された後の第１、第２のアブソリュート値のテーブルのデータは、実質的に同じ値のデータである。
モータ制御ユニット３０では、次に、Ｚ０基準の第１、第２の多回転のアブソリュート回転情報（累積加算値）を、各々、ＥＥＰＲＯＭ３３３に記録する（Ｓ９２３)。【００８６】
次に、図１３は、第１の実施例における、初期設定処理が終わった後の、通常運転モード時における、第１のアブソリュート回転情報生成処理の詳細を示すフローチャートである。
ブラシレスＤＣモータの制御ユニット３０は、正規の運転処理モードにおいては、モータ制御信号生成部３４１、駆動信号生成部３４２、サーボ制御部３４４等が動作し、外部指令、初期設定処理時の（又は、前回の運転が正常に終了した場合に上書きされた）ＥＥＰＲＯＭ３３３の情報やエンコーダ２０からの情報に基づき、ブラシレスＤＣモータを、サーボモータとして機能させる。なお、以下の処理は、図９のＳ９１３で、第１、第２のホール素子群の全てのセンサが正常と判定された場合の処理である。【００８７】
すなわち、駆動信号生成部３４２でＵ相、Ｖ相、Ｗ相の駆動信号を生成し（Ｓ１３０１）、メモリ（ＥＥＰＲＯＭ等）３３３から初期設定処理時の（又は、前回の運転が正常に終了した場合に上書きされた）駆動信号に対応するＵ相、Ｖ相、Ｗ相のパルス数を取得し（Ｓ１３０２）、さらに、Ｚ相の幅の信号やＺ相信号（Ｚ１，Ｚ２，―，―，Ｚｎ）の位相のデータを取得する（Ｓ１３０３）。そして、制御ユニット３０は、ブラシレスＤＣモータが回転すると、第１、第２ホール素子群の検出角度値の平均値（ｈ１−avg.、ｈ２−avg.）に基づくＺ信号を各々取得する（Ｓ１３０４）。さらに、Ｕ相の立ち上がりを絶対原点位置（Ｚ０）に同期させる（Ｓ１３０５）。そして、第１、第２ホール素子群の検出角度値の平均値に基づくインクリメンタルなＡ相・Ｂ相信号を取得し（Ｓ１３０６）、累積加算値を基に、ＥＥＰＲＯＭのアドレスを付与して、１回転毎のＡ相・Ｂ相信号、Ｕ、Ｖ、Ｗ相信号のアブソリュート化を行う（Ｓ１３０７）。そして、Ｚ相信号とＡ相・Ｂ相信号とから、ブラシレスＤＣモータの回転速度と回転角の情報を含む第１、第２の多回転のアブソリュート信号を生成し（Ｓ１３０８、Ｓ１３０９）、これらのデータを、ＲＡＭを介してＥＥＰＲＯＭに記録する（Ｓ１３１０）。
すなわち、ブラシレスＤＣモータの回転軸の正回転、逆回転に応じて、モータの回転軸の１回転毎に、Ａ、Ｂ、Ｚ、Ｕ、Ｖ、Ｗの各信号を含む第１、第２のアブソリュート回転情報がインクリメント、デクリメントされ、これらの情報は、ブラシレスＤＣモータの回転軸の現在位置を表す情報として、逐次、ＲＡＭを経由してＥＥＰＲＯＭに記録される。この処理を、運転終了（Ｓ１３１１）まで繰り返えす。【００８８】
次に、通常の運転モードでは、ブラシレスＤＣモータの本体１００が回転すると、制御ユニット３０は、第１のアブソリュート回転情報生成部３１０からのＡ相・Ｂ相信号に基づいてブラシレスＤＣモータの回転速度・回転方向及び絶対原点位置を認識し、認識した回転速度と回転方向、及び絶対原点位置と、指令値とを比較して、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各コイルに対するインバータ駆動用の正弦波駆動信号を生成する。さらに、モータの駆動回路４０としてのインバータに対して、ＰＷＭ信号のデューティ比を制御して電圧を連続的に変化させる。【００８９】
図１４のフローチャートを参照しながら、通常運転モードにおける、アブソリュート回転情報を利用した、制御ユニット３０の動作について説明する。
通常運転モードにおいて、制御ユニット３０のモータ制御部３４０は、まず、ＲＡＭ等のメモリ３３０から、予め設定されたブラシレスＤＣサーボモータの運転パターンに基づく、各目標の位置や目標速度を指令値として取得する（Ｓ１４０１）。メモリには、被駆動部材の各目標位置に対応して設定されたブラシレスＤＣサーボモータの運転パターンに対応する目標速度として、正弦波駆動やＰＩＤ制御を前提としたモータ駆動信号、例えばＰＷＭ制御信号のデータが格納されている。【００９０】
モータ制御部３４０は、第１ホール素子群の出力に基づく多回転・絶対原点位置情報を取得する（Ｓ１４０２）。また、第１ホール素子群の出力に基づく多回転・絶対原点位置情報も取得する（Ｓ１４０３）。次に、第１、第２のホール素子群のホール素子の異常の有無をチェックし（Ｓ１４０４）、もし、いずれかのホール素子に異常がある場合は、上位のＥＣＵに異常情報を送信する（Ｓ１４０５）と共に、正常なホール素子群がある場合にその出力に基づくバックアップ制御等を行う（Ｓ１４１４）。【００９１】
いずれのホール素子にも異常が無い場合には、モータ制御部３４０は、取得した第１ホール素子群の出力に基づく多回転・絶対原点位置情報に基づいて、ブラシレスＤＣモータの回転軸１３の回転角度、ひいては被駆動部材５０の絶対位置を認識する。モータ制御部３４０は、これらの情報に基づいて、被駆動部材５０の現在位置から目標位置までの速度指令値等を演算する。さらに、この速度指令値等に基づき、ブラシレスＤＣモータの回転をＰＩＤ制御するためのインバータ駆動信号を生成し（Ｓ１４０６）、モータ駆動回路４０へ出力する（Ｓ１４０７）。【００９２】
モータ制御部３４０は、モータの回転に伴う、第１、第２ホール素子群の出力に基づく第１、第２の多回転・アブソリュート回転情報を更新する（Ｓ１４０８、１４０９）。
モータ制御部３４０は、さらに、第１、第２ホール素子群の出力に基づく多回転・アブソリュート回転情報の差分値の有無を算出し、第１、第２ホール素子群の出力の「ずれ」の有無を判定する（Ｓ１４１０）。
「ずれ」判定においては、ＥＥＰＲＯＭに記録されている第１、第２の多回転・アブソリュート回転情報に関して、例えば現在の、換言すると最新のアドレスに基づきＡ相の情報を比較する。Ａ相の累積加算値の差分値が許容値を超えていれば「ずれ」有と判定する。例えば１回転７２０パルスの場合、許容値を２パルスとし、この範囲を超えた場合には、モータの異常と判定する。これらの結果に基づいて、「ずれ」有りが２回目の判定である場合（Ｓ１４１１、Ｓ１４１２）、モータに異常があると判定し、ＥＣＵ５００に、異常情報を送信する（Ｓ１４１３）。なお、エンコーダ２０ではなく、ＥＥＰＲＯＭ自体に異常がある場合にも、この時点でチェックできる。そして、正常なホール素子群がある場合にその出力に基づくバックアップ制御を行う（Ｓ１４１４）。【００９３】
また、第１、第２の多回転のアブソリュート信号は、絶対原点位置（Ｚ０）が共通な、実質的に同じ値のデータである。そのため、１組のホール素子群（あるいは１組のアブソリュート回転情報生成部）が故障した場合も、他のホール素子群（あるいは１組のアブソリュート回転情報生成部）の出力でスムーズにバックアップ制御に移行できる。
ずれ量の判定（Ｓ１４１０）で「ずれ」がなかった場合、新たなインバータ駆動信号を生成し（Ｓ１４０６）、以下、同様の処理を繰り返し、終了の判定（Ｓ１４１５）で運転を終了する。【００９４】
このように、本実施例のブラシレスＤＣモータは、ロータリーエンコーダとして機能する1個のエンコーダ２０の出力を利用して制御されるサーボモータである。
本実施例によれば、同じ特性の２組のホール素子群の出力信号を利用して実質的に同じ値のデータからなる多回転・アブソリュート回転情報を生成し、安価で信頼性の高い故障判定が可能な、ＤＣモータの制御装置を提供できる。また、１組のホール素子群が故障した場合も、他のホール素子群の出力で直ちにバックアップ制御できる。そのため、比較的高精度の位置情報を生成できる、安価で信頼性の高いＤＣモータの制御装置を提供することができる。
【実施例２】
【００９５】
次に、本発明の第２の実施例を説明する。この実施例では、実施例１におけるエンコーダのマグネット２１の代わりに、ブラシレスＤＣモータロータの磁極を利用する。図１５は、第２の実施例に基づく、ブラシレスＤＣモータの縦断面図である。
３相のステータコイル１１は、周方向に等間隔に配置された９個の界磁鉄心１１２と、各界磁鉄心周りのスロット内に絶縁部材１１３を介して巻かれた界磁コイル１１１で構成されている。一方、８極の永久磁石を有するロータ１２が、回転軸１３と一体に形成され、１対の軸受１６、１７により、回転自在に保持されている。ロータ１２は、回転軸１３に固定されたロータヨーク１２１と、その外周部に固定された８個の永久磁石１２２を有する、８極のロータである（図２Ｂ参照）。【００９６】
エンコーダ２０の６個のホール素子（Ｈ１−Ｈ６）が基板２７上に設けられている。この基板２７は、３本の支柱１２５により、各ホール素子（Ｈ１−Ｈ６）が８個の永久磁石１２２に対向し、かつ、各ホール素子の回転中心と回転軸１３の軸芯とが一致するような関係で、カップ状のモータハウジングの側面（第２のエンドカバー）１９に固定されている。なお、基板２７には、３本の支柱１２５を円周方向に回転可能にするための長孔が設けられている。モータ制御ユニット３０はモータ駆動回路４０と共に、第２のエンドカバー１９の内側に固定されている。モータ制御ユニット３０やモータ駆動回路４０も、基板２７上に配置しても良い。モータ制御ユニット３０の機能は、以下に述べる点を除いて、実施例１のものとほぼ同じである。【００９７】
本実施例では、ロータ１２の隣接する複数のＮ極とＳ極の境界線の中で、図１２のＺ０に相当する１組の永久磁石１２２のＮ極とＳ極の境界線上の位置を、永久磁石原点位置（Ｚ０）と定義する。一方、ブラシレスＤＣモータの駆動信号の零に同期する回転軸上の位置、換言すると、駆動信号の零に同期するＡ相のパルスの立ち上がり時点に相当する、２組のホール素子群２２、２３の周方向上の特定の位置を、ホール素子原点位置（Ｔ０）と定義する。
図１５のホール素子群２２、２３の原点位置（Ｔ０）は、仮の原点位置であり、この位置は、本来、永久磁石原点位置（Ｚ０）と一致すべきものである。【００９８】
実施例１では、回転軸に対してマグネット２１を仮固定していたが、本実施例では、回転軸１３とロータ１２は一体である。そこで、基板２７上の各ホール素子（Ｈ１−Ｈ６）の位置を、仮固定位置とし、ロータ１２の永久磁石に対する相対的な位置を修正して、ホール素子群２２、２３の原点位置（Ｔ０）を永久磁石の原点位置（Ｚ０）と一致させる。ホール素子群２２、２３の原点位置（Ｔ０）を修正できるように、換言すると、３本の支柱１２５で保持されている基板２７を円周方向に回転可能にするための、各支柱１２５に対応する長孔が基板２７に設けられている。本実施例では、図６のステップ６０３に相当する処理として、基板２７を任意の位置で各支柱１２５に固定する。そして、ホール素子群２２、２３の原点位置（Ｔ０）の変化に伴う、図７の（ａ）に示したような磁界の強度変化を、第１、第２アブソリュート回転情報生成部３１０、３２０で検知する。以下、図６と同様な処理を経て、回転軸（永久磁石１２２）に対する基板２７（ホール素子群２２、２３）の絶対的な位置関係の情報を取得し、図６のステップ６２１に相当する処理として、基板２７を正式に各支柱１２５に固定する。以降の処理は、図６と同じである。【００９９】
本実施例によれば、ロータの永久磁石に対する同じ特性の２組のホール素子群の出力信号を利用して、実質的に同じ値のデータからなる位置情報を生成し、安価で信頼性の高い故障判定が可能な、ＤＣモータの制御装置を提供できる。また、１組のホール素子群が故障した場合も、他のホール素子群の出力で直ちにバックアップ制御できる。そのため、比較的高精度の位置情報を生成できる、安価で信頼性の高いＤＣモータの制御装置を提供することができる。
【実施例３】
【０１００】
次に、本発明を、アウターロータ形のブラシレスＤＣモータに適用した第５の実施例を説明する。図１６は、第３の実施例に基づく、ブラシレスＤＣモータの制御装置の構成例を示す機能ブロック図である。
本実施例のブラシレスＤＣモータ１０は、アウター型のロータ１０００と、このロータ１０００を回転自在に支持するステータ１２００とから構成される。ロータ１０００は、回転軸１３００と、この回転軸１３００が底面に固定されたカップ状のロータカバー１１００と、ロータカバー１１００の筒状部の内周面に沿って配置された複数極のマグネット１１２０とを備えている。一方、ステータ１２００は、１対の軸受け１６、１７を介して回転軸１３００を回転自在に支持する支持部材１２０５と、ロータ１０００のマグネット１１２０の内側で半径方向のギャップを介して支持部材１２０５の筒状部１２０２にねじ等で固定されたステータコア１２２０と、このステータコア１２２０に巻回されたステータコイル１２１０とを備えている。支持部材１２０５には、外側からエンドカバー２６が固定されている。回転軸１３００の一端部及びエンドカバー２６には、エンコーダ２０が設けられている。【０１０１】
エンコーダ２０は、回転軸１３００の一端面に固定された平板状のマグネット２１と、回転軸の軸方向においてこのマグネット２１に対向してモータのハウジング側に配置された２組のホール素子群を含んでいる。ホール素子群は、３個のホール素子からなる第１のホール素子群（Ｈ１−Ｈ３）２２、３個のホール素子からなる第２のホール素子群（Ｈ４−Ｈ６）２３、各ホール素子に共通の電圧Ｖccを印加するホール素子電源２４、及び、各ホール素子（Ｈ１−Ｈ６）に対応する増幅器２５、２６を備えている。
モータ制御ユニット３０の機能は、実施例１のものとほぼ同じである。【０１０２】
本実施例でも、実施例１と同様にして、同じ特性の２組のホール素子群の出力信号を利用して実質的に同じ値のデータからなる位置情報を生成し、安価で信頼性の高い故障判定が可能な、ＤＣモータの制御装置を提供できる。また、１組のホール素子群が故障した場合も、他のホール素子群の出力で直ちにバックアップ制御できる。そのため、比較的高精度の位置情報を生成できる、安価で信頼性の高いアウターロータ形のＤＣモータの制御装置を提供することができる。
【実施例４】
【０１０３】
本発明は、ブラシ付のＤＣモータにも適用することができる。例えば、特許文献１に記載のＤＣモータにおけるＭＲセンサユニットにおけるマグネットと本実施例のマグネットの構成は同じものとし、特許文献１の１対のＭＲセンサと処理回路部に代えて、本発明の実施例１に記載した第１、第２のホール素子群２２、２３と、第１、第２アブソリュート回転情報生成部３１０、３２０とを採用する。
すなわち、実施例４によれば、ブラシ付のＤＣモータにおいて、エンコーダは、回転軸の一端面に固定された平板状のマグネットと、これに対向してモータハウジングに設けられた３個のホール素子（Ｈ１−Ｈ３）からなる第１のホール素子群、及び、３個のホール素子（Ｈ４−Ｈ６）からなる第２のホール素子群、各ホール素子に共通の電圧Ｖccを印加する電源、及び、各ホール素子（Ｈ１−Ｈ６）に対応する増幅器２５、２６で構成される。エンコーダの出力は、第１、第２アブソリュート回転情報生成部３１０、３２０で処理される。なお、ブラシ付のＤＣモータの場合、マグネットのＮ極領域とＳ極領域の境界線上の位置に対応づけるべき回転軸の絶対原点位置Ｚ０は、任意の位置に設定できる。そのため、実施例４のモータ制御ユニットは、実施例１の固定部材１２６及び固定ピン１２７が不要である。また、初期設定処理時に、実施例１の図９のステップ９２０に相当する処理を行う必要はない。モータ制御ユニットは、実施例１の図１０に示した例のように、第１、第２ホール素子群の出力の振幅／角度変換処理後の平均値（ｈ１−avg.）、（ｈ２−avg.）と、位置決め情報（Ｓｎ、Ｓｓｎ）の関係を取得し、これらの位置決め情報の中で、駆動信号のＯＮデューティが零に同期する位置を、Ａ相のパルスの立ち上がり時点に同期する、エンコーダの絶対原点位置とする。
すなわち、実施例４のモータ制御ユニットは、回転軸の絶対原点位置の抽出に関する機能を除いて、実施例１とほぼ同じ構成、機能を有する。【０１０４】
本実施例でも、実施例１と同様に、同じ特性の２組のホール素子群の出力信号を利用して実質的に同じ値のデータからなる位置情報を生成し、安価で信頼性の高い故障判定が可能な、ＤＣモータの制御装置を提供できる。また、１組のホール素子群が故障した場合も、他のホール素子群の出力で直ちにバックアップ制御できる。そのため、比較的高精度の位置情報を生成できる、安価で信頼性の高い、ブラシ付ＤＣモータの制御装置を提供することができる。
【符号の説明】
【０１０５】
１０  モータ
１１  ステータコイル
１２  ロータ
１３  回転軸
１４  減速機
１６、１７  軸受
１８  第１のエンドカバー
１９  第２のエンドカバー
２０  エンコーダ
２１  マグネット
２２  第１のホール素子群
２３  第２のホール素子群
２４  ホール素子電源
２５、２６  増幅器
２８  第１のホール素子群のアナログ出力
２９  第２のホール素子群のアナログ出力
３０  モータ制御ユニット
４０  モータ駆動回路
４２  主電源
４８  給電端子
５０  被駆動装置
１００  モータ本体
１１１  界磁コイル
１１２  界磁鉄心
１２６  固定部材
１２７  固定ピン
３１０  第１のアブソリュート回転情報生成部
３１１  第１ホール素子出力処理部
３１１１  ＡＤ変換器
３１１２  軸ずれ補正処理部
３１１３  センサ異常判定部
３１１４  振幅／角度変換処理部
３１１５  平均角度値（ｈ１−avg.）算出部
３１１６  平均角度値のパルスカウンタ
３１１７  インクリメンタルＡ相・Ｂ相信号生成部
３１１８  位置決め情報生成部
３１１９  バッファメモリ
３１２  センサ異常出力部
３１３  第１アブソリュート回転情報変換・記録部
３１４  原点位置設定部
３１５  位相同期処理部
３１６  Ｚ相信号及び幅信号の生成部
３１７  メモリ制御部
３２０  第２のアブソリュート回転情報生成部
３３０  メモリ
３４０  モータ制御部
３４１  モータ制御信号生成部
３４２  駆動信号生成部
３４３  自己イニシャライズ処理部
３４４  サーボ制御部
３４５  センサ・モータ異常時処理部
３４６  メモリ制御部
３５０  モータ異常判定処理部
３６０  通信制御部
４００  インバータ
４１０  インバータ駆動制御部
４４０  電流制御部
４５０  電流検出／制限部
４６０  位相検出部
４７０  電解コンデンサ
５００  上位の制御装置
【図１】
2019159311.tif 000003
【図２Ａ】
2019159311.tif 000004
【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2019159311.tif 000018
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年8月10日(2018.8.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動信号を生成して出力し、ブラシレスＤＣモータのＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相の各ステータコイルに供給される電力を制御する制御ユニットと、
多極の永久磁石を有するロータの回転を検知する１個のエンコーダとを有する、ブラシレスＤＣモータの制御装置において、
前記エンコーダは、
前記ロータの回転軸の一端に固定され、径方向に着磁された１組のＮ極領域とＳ極領域を有する平板状のマグネットと、該マグネットに対向する位置で前記モータのハウジング側に固定された、２組のホール素子群とを備えており、
前記２組のホール素子群は、
前記回転軸の回転中心を中心とする単一の円周上に、３個のホール素子が等間隔で配置された第１のホール素子群と、
前記第１のホール素子群と同じ円周上において、前記第１のホール素子群の中間に３個のホール素子が等間隔で配置された第２のホール素子群とを有しており、
前記制御ユニットは、
前記マグネットのＮ極領域とＳ極領域の境界線上の位置を、マグネット原点位置とし、前記２組のホール素子群の出力に基づいて、前記回転軸の回転に伴うＡ相、Ｂ相の信号を生成して出力するとともに、前記マグネットの原点位置の情報を生成する機能と、
前記ロータの極数に合わせて前記Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各位相情報を生成する機能と、
前記ブラシレスＤＣモータのステータの各界磁コイルの磁極と電流の関係と前記駆動信号の零に対応する前記Ａ相若しくは前記Ｂ相の出力信号の立ち上がり位相との同期関係に基づき、前記駆動信号に対する前記回転軸の絶対原点位置を取得する機能と、
前記Ａ相、Ｂ相、及び、前記Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各位相の情報を、前記回転軸の前記絶対原点位置を基準とするアブソリュート信号のデータに変換する機能とを備えており、
前記マグネットは前記原点位置が、前記回転軸の前記絶対原点位置と同期する位置に固定されており、
前記エンコーダを前記Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相のロータリーエンコーダとして、前記アブソリュート信号に基づき前記モータを駆動するように構成されていることを特徴とするブラシレスＤＣモータの制御装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１、第２のホール素子群の各ホール素子は、同じ仕様を有しており、
前記制御ユニットは、
前記回転軸の１回転毎に、前記第１ホール素子群を構成する前記３個のホール素子の出力の平均値（ｈ１−avg.）を算出して出力し、前記第２ホール素子群を構成する前記３個のホール素子の出力の平均値（ｈ２−avg.）を算出して出力する機能と、
前記第１ホール素子群の出力の平均値及び前記第２ホール素子群の出力の平均値に基づき、各々、前記回転軸の回転に伴うＡ相、Ｂ相の信号を生成して出力する機能とを有することを特徴とするブラシレスＤＣモータの制御装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記第１、第２のホール素子群の各ホール素子は、同じ仕様を有しており、
前記制御ユニットは、１回転毎の前記各ホール素子Ｈ１−Ｈ３のいずれかの出力パルスが予め設定された閾値の範囲外である場合には、当該ホール素子に異常有りと判定し、センサ異常信号を出力する機能と、
正常な前記ホール素子群がある場合にその出力に基づくバックアップ制御を行う機能とを有することを特徴とするブラシレスＤＣモータの制御装置。
【請求項４】
請求項２において、
前記制御ユニットは、
前記第１、第２ホール素子群の出力に基づく前記アブソリュート信号を比較し、前記両アブソリュート信号の差分値が許容値を超えていれば、前記モータの異常と判定する機能と、
正常な前記ホール素子群がある場合にその出力に基づくバックアップ制御を行う機能とを有することを特徴とするブラシレスＤＣモータの制御装置。
【請求項５】
多極の永久磁石を有するロータの回転を検知する１個のエンコーダと、前記エンコーダの出力に基づいてロータの回転を制御する制御装置を備えた、ブラシレスＤＣモータであって、
請求項１−４のいずれか１項に記載の前記エンコーダと前記制御ユニットを備えていることを特徴とするブラシレスＤＣモータ。
【請求項６】
ＤＣモータの駆動信号を生成して出力する制御ユニットと、
前記ＤＣモータの回転軸の回転を検知するエンコーダとを備え、
前記駆動信号に基づき、前記回転軸に固定されたアマチュアにブラシを介して供給される電力を制御する、ブラシ付きＤＣモータの制御装置であって、
前記エンコーダは、
前記ロータの回転軸の一端に固定され、径方向に着磁された１組のＮ極領域とＳ極領域を有する平板状のマグネットと、該マグネットに対向する位置で前記モータのハウジング側に固定された、２組のホール素子群とを備えており、
前記２組のホール素子群は、
前記回転軸の回転中心を中心とする単一の円周上に、３個のホール素子が等間隔で配置された第１のホール素子群と、
前記第１のホール素子群と同じ円周上において、前記第１のホール素子群の中間に３個のホール素子が等間隔で配置された第２のホール素子群とを有しており、
前記制御ユニットは、
前記２組のホール素子群の出力に基づいて、前記回転軸の回転に伴うインクリメンタルなＡ相、Ｂ相の信号と、該Ａ相、Ｂ相の出力信号が特定の関係にある状態を示す位置決め情報とを生成して出力する機能と、
前記マグネットのＮ極領域とＳ極領域の境界線上の位置をマグネット原点位置とし、前記駆動信号の零に対応する前記Ａ相若しくは前記Ｂ相の出力信号の立ち上がり位相との同期関係に基づき、前記駆動信号に対する前記回転軸の絶対原点位置を取得する機能と、
前記Ａ相、Ｂ相、及び、前記Ａ相若しくは前記Ｂ相信号に基づくＺ相の信号を生成する機能と、
前記Ａ相、Ｂ相、及び前記Ｚ相の情報を、前記回転軸の前記絶対原点位置を基準とするアブソリュート信号のデータに変換する機能とを備えており、
前記エンコーダをロータリーエンコーダとして、前記アブソリュート信号に基づき前記ＤＣモータを駆動するように構成されていることを特徴とするＤＣモータの制御装置。
【国際調査報告】
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