(57)【要約】  本発明はモータ制御ユニットから供給される周期比または変調周波数のパワー供給信号受信用の２線接続を有する多相ブラシレスモータを備えるアクチュエータに関し、マイクロコントローラ（ＭＣ）、パワーステージ、およびパワー供給ステージを有する電子回路を備え、パワーステージはモータのコイルへパワー供給信号を配送し、パワー供給ステージは電子回路の連続的なパワー供給信号を配送するための変調信号の整流器および／または濾波器を備える。電子回路はＭＣに外付けまたは組み込まれたデコードステージを有し、変調信号の立上りエッジ及び立下りエッジの時間的な決定により２線の変調信号を解析して回転方向、ロータの目標位置、事前記録動作のシーケンス、および／または速度、の設定値を提供し、ＭＣは設定値およびパワー供給信号に応じてパワーステージの出力とともに各相のパワー供給信号を制御し、ブラシレスモータのコイルを駆動する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ制御ユニット（４）から供給される周期比または変調周波数を含むパワー供給信号を受信するための２線接続（５、６）を有する多相ブラシレスモータ（１）を備えるアクチュエータであって、
前記アクチュエータは、マイクロコントローラ（１１）、パワーステージ（１２）、およびパワー供給ステージ（１０）を含む電子回路（２）を備え、前記パワー供給ステージは前記電子回路（２）の前記マイクロコントローラ（１１）および前記パワーステージ（１２）へ連続的なパワー信号を送達するための前記変調信号の整流器および／または濾波器を備えており、
前記電子回路（２）は、
−前記マイクロコントローラ（１１）に外付けまたは組み込まれているデコードステージを有し、前記変調信号の立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジの時間的な決定によって、
・前記２線の前記変調信号を解析することによって回転方向の設定値、
・目標ロータ位置の設定値、
・事前記録動作の目標シーケンス、および／または、
・目標速度、
を提供し、
前記マイクロコントローラ（１１）は、前記目標値および前記連続的なパワー供給信号に応じて前記パワーステージ（１２）の出力とともに前記パワーステージ（１２）を制御し、前記ブラシレスモーター（１）のコイルを駆動するアクチュエータ。
【請求項２】
前記パワーステージ（１２）は、２Ｎ個の電界効果ＭＯＳＦＥＴトランジスタを備え、ここでＮは前記ブラシレスモータの相数であることを特徴とする請求項１に記載の多相ブラシレスモータを備えるアクチュエータ。
【請求項３】
前記立ち上がりエッジ／前記立ち下がりエッジの検出は、入力信号が前記変調信号のハイレベルとローレベルとの間の中間レベルに対応する閾値と交差するかの判定によって行うことを特徴とする請求項１に記載の多相ブラシレスモータ（１）を備えるアクチュエータ。
【請求項４】
前記立ち上がりエッジ／前記立ち下がりエッジの検出は、公称振幅の２０から４５％の間のレベルに相当する第１閾値の入力信号の上向き交差と、公称振幅の５５から８０％の間のレベルに相当する第２閾値の入力信号の下向き交差を判定することによって行うことを特徴とする請求項１に記載の多相ブラシレスモータを備えるアクチュエータ。
【請求項５】
前記モータ（１）は、その出力が電子制御ユニット（４）に接続されている位置エンコーダ（３）を必要とすることを特徴とする請求項１に記載の多相ブラシレスモータを備えるアクチュエータ。
【請求項６】
前記マイクロコントローラ（１１）は、電子制御ユニット（４）へ送信された位置信号をシミュレートすることを特徴とする請求項１に記載の多相ブラシレスモータを備えるアクチュエータ。
【請求項７】
前記マイクロコントローラは、前記周期比に応じて位置命令を解釈するように前記変調信号の周期比の測定を行うことを特徴とする請求項１に記載の多相ブラシレスモータを備えるアクチュエータ。
【請求項８】
前記マイクロコントローラは、前記周波数に応じて位置命令を解釈するように前記変調信号の周波数の測定を行うことを特徴とする請求項１に記載の多相ブラシレスモータを備えるアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メカトロニクスの分野に関し、特にブラシレスモータを備えるアクチュエータに関する。本発明は特定の用途において、ブラシを有するモータを制御アーキテクチャを変更することなく、かつ現状の解決策を改善しながらブラシレスモータへ置き換えることが可能であることを提案する。
【背景技術】
【０００２】
一定速度で作動するブラシ付きモータは、直流電圧およびオン／オフスイッチだけを必要とする。速度は電圧を変えることで広範囲に変えられる。そのようなモータを用いる自動車用途の場合には、電流の流れを一方向または他方向に制御する２対のトランジスタから構成された、いわゆる「Ｈ型ブリッジ（H-bridge）」などのアーキテクチュアを有する電子制御ユニット（ＥＣＵ）を使用することが知られており、これにより、（負または正の）双極性電流、従って双方向性運動を得ることができる。
【０００３】
一次値が（通常１２Ｖの電池電圧を通常０Ｖのスイッチングをした）矩形信号によって変調した中間電圧を発生させるように使用されているパルス幅変調（ＰＷＭ）によって変調された信号は、これらのモータの速度を制御する公知の通常の方法として用いられている。モータ巻き線は、その抵抗およびそのインダクタンスによってローパスフィルタのように働き、高周波ＰＷＭ波形が巻き線にほぼ一定電流を発生させることを可能にする。速度をより正確に制御するために閉回路制御装置を構成するように、例えばホール効果センサまたは光符号器のような速度センサを追加することができる。  
【０００４】
ブラシレスモータへの変更は、特にモータの稼働時間および結果として性能を向上させることを望む場合には好ましい。それには、モータに電力を供給するとともにこの簡単な既存のＥＣＵアーキテクチュアによって制御する能力をもつことが望ましい。
【０００５】
（技術水準）
ブラシ付きモータをブラシレスモータに置き換えることを可能にする欧州特許公報第２９３２０８８号は、技術水準として知られており、この場合既存のＥＣＵアーキテクチュアを修正することはない。（すなわち、他に何も変えることはない）。これにより提案された解決策は、マイクロコントローラを有さない簡単な電子回路を介して回転子上のセンサからの信号でトランジスタを直接的に制御することである。
【０００６】
ＰＷＭ信号を提供する電源入力と、そのＰＷＭ信号を受けて同期化された３相制御信号を出力するモータ制御回路と、その制御信号を受信して受信した制御信号に応じてアクチュエータを再位置決めするように作動するブラシレス直流モータと、ＰＷＭ信号を受信するコントローラとを備えるアクチュエータの動作制御用システムを記載している米国特許公報第９，７７４，２７９号もまた、公知である。このコントローラは、ＰＷＭ信号の振幅を検出する振幅検出モジュールと、ＰＷＭ信号の極性を検出する検出制御モジュールとを備える。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
（先行技術の欠点）
欧州特許公報第２９３２０８８号に開示された解決策は、モータの最適な性能を得ようと望む場合には必ずしも満足できるものではない。事実、マイクロコントローラのない簡単なアーキテクチュアは、簡単な論理表の記載と同様に完全に一定ではない電流とトルクを有するモータの作動となるためモータの出力が影響される。また、危機的な状態（高温、機械的停止）が訪れた場合に診断または作動停止機能を追加することを望む場合には、この種の制御ではそれらを行えない。同様に、（例えば周波数によって）異なる特性を有するＰＷＭ信号によってモータを制御することを望む場合、この電子アーキテクチュアはそれを可能にしない。
【０００８】
米国特許公報第９，７７４，２７９号に開示された解決策は、マイクロコントローラの追加によって先験的な改善を許容しているが、その記載は漠然としており、記載された解決策は、完全に満足できるものではない。事実、ブラシレスモータは、ＥＣＵによって生成されたＰＷＭ信号の振幅により制御される。しかしながら、ＰＷＭ信号の振幅は、バッテリによって提供される供給電圧の変動、電圧パルスの過渡現象、および接続線または電子回路の近傍に位置する電気機械または部品からの電磁気的な干渉などにより、障害を被る。これらの障害は、その後、電子制御回路によって検出された信号を歪ませて、ブラシレス直流モータ（ＢＬＤＣ）は満足できる方法で制御されなくなる。これらの欠点を緩和するために、先行技術による解決策は、かなりの計算資源を消費する作動を提案し、追加的な電力消費を招くデジタル処理による矩形波信号の再構築を提案している。さらに、この特許においてはモータに供給される信号が２線信号であるか否かが不明瞭である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の目的は、ブラシ付きモータに代えて使用でき、電圧振幅の変動に敏感でなく、電気モータの作動を最適化可能な集積化された電子回路を有するアクチュエータを提案することにより、上述の問題への解決策を提案することである。    
【００１０】
特に、本発明はモータ制御ユニットから供給される周期比または変調周波数を含む変調パワー供給信号を受信するための２線接続を有する多相ブラシレスモータを備えるアクチュエータに関する。
前記アクチュエータは、マイクロコントローラ、パワーステージ、およびパワー供給ステージを含む電子回路を備え、パワーステージは前記ブラシレスモータのコイルへパワー供給信号を配送するものであり、パワー供給ステージは前記電子回路の連続的なパワー信号を送達するための前記変調信号の整流器および／または濾波器を備えており、
前記電子回路は、
−マイクロコントローラに外付けまたは組み込まれているデコードステージを有し、前記変調信号の立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジの時間的な決定によって、
・前記２線により供給された信号を解析することによって回転方向の設定値、
・ロータの目標位置の設定値、
・事前記録動作のシーケンスの設定値、および／または、
・速度の設定値
を提供し、
前記マイクロコントローラは、前述のパワー供給命令および前述の信号に応じて前記パワーステージの出力とともに各相のパワー供給信号を制御し、前記ブラシレスモータのコイルを駆動することを特徴とする。
【００１１】
前記パワーステージは、好ましくは２Ｎ個の電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）を備え、ここでＮは前記ブラシレスモータの相数である。  
【００１２】
好ましい実施形態においては、立ち上がり／立ち下がりエッジの検出は、入力信号が変調信号のハイレベルとローレベルとの間の中間レベルに対応する閾値と交差するかの判定によって行う。
【００１３】
例えば、立ち上がり／立ち下がりエッジの検出は、公称振幅の２０から４５％の間のレベルに相当する第１閾値の入力信号の上向き交差と、公称振幅の５５から８０％の間のレベルに相当する第２閾値の入力信号の下向き交差を判定することによって行う。
【００１４】
任意的で例示的な方法においては、モータはその出力が電子制御ユニットに接続されている位置エンコーダを作動させる、または電子制御ユニットへ送信された位置信号をマイクロコントローラにシミュレートさせることも可能である。
【００１５】
代替的な実施形態においては、マイクロコントローラは、前記周期比に応じて位置命令を解釈するように変調信号の周期比の測定を行う。
【００１６】
別の代替的な実施形態においては、マイクロコントローラは、前記周波数に応じて位置命令を解釈するように変調信号の周波数の測定を行う。
【００１７】
（本発明の例示的な実施例の詳細な説明）
本発明は、添付図面を参照して以下の本発明の例示的な実施例の詳細な説明を読むことにより良く理解される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明によるアクチュエータの第１実施形態の概略図である。
【図２】本発明によるアクチュエータの第２実施形態の概略図である。
【図３】本発明によるアクチュエータの第３実施形態の概略図である。
【図４】本発明によるアクチュエータの第４実施形態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（位置エンコーダを有する例示的な実施形態の説明）
図１は、電子回路２および絶対位置エンコーダ３に関連付けられたブラシレスモータ１を備えるアクチュエータの例示的な実施形態を示す。なお、後者（絶対位置エンコーダ）は本発明の実施に対しては任意である。
【００２０】
このアクチュエータは、電子コンピュータおよびオンボードソフトウエアから構成される電子制御ユニットＥＣＵ４からの信号を受信し、２線５、６を介して送信される変調ＰＷＭ信号によってモータを制御する。
【００２１】
電子制御ユニットは、通常、位置制御を提供するための位置フィードバックセンサに関連付けられたブラシ付きモータを制御するように構成されている。それは、通常、端子５、６の、電力、トルクまたは速度および方向の情報を含んでいる出力信号の極性を制御するように働くＨ型ブリッジ７を備えている。Ｈ型ブリッジ７は、モータ端子で電流を反転させてモータの回転方向を反転させる機能と、モータ端子で電圧を変調させてモータの速度を変化させる機能との２つの機能を可能にする。
【００２２】
Ｈ型ブリッジ７は、エンコーダ３から来るデータを処理する回路９から来るデータに応じて閉ループサーボ制御を提供するＰＩＤレギュレータ８からの情報を受け取る。エンコーダからの情報から派生する閉ループサーボ制御は、本発明においては必須ではなく、ここでは情報としてのみ提供される。また本発明は電子制御ユニット４にも関係しないことを明示する。
【００２３】
電子回路２は、２線接続を介して電子制御ユニット４に接続される２端子入力５、６を備え、パルス幅が変調された電力を転送する。電子回路２は、追加的な電力を供給する端子を備えていないので、２線信号が方向（すなわちモータの回転方向）、トルクまたは速度（すなわち、モータの回転速度）および電力（モータの相に供給される電力を輸送する信号）に関する情報を有する。
【００２４】
２線信号５、６は一方で供給ステージ１０へ送信され、他方でマイクロコントローラ１１に送信される。供給ステージ１０は、マイクロコントローラ１１およびパワーステージ１２へ連続的なパワー供給信号を送達するための整流器および／または濾波器を備える。
【００２５】
マイクロコントローラ１１は、２線５、６を介して送信されたＰＷＭ信号の電圧立ち上がりエッジおよび電圧立ち下がりエッジを検出して信号の解析を行い、以下を計算する。
〇  前記２線５、６からの信号を解析することによって回転方向の設定値、
〇  ロータの目標位置の設定値、
〇  事前記録動作のシーケンスの設定値、および／または、
〇  速度の設定値。
【００２６】
マイクロコントローラ１１の出力は、命令に従ってパワーステージ１２の開放および閉鎖を制御する。パワーステージ１２は２Ｎ個のトランジスタを備え、ここでＮはモータ１の位相数である。パワーステージ１２は、例えば図２に示すようにモータ出力が相対的に低い（典型的には１５Ｗより低い）場合、マイクロコントローラ１１内に組み込みできる。
【００２７】
（位置制御の解釈）
アクチュエータはＥＣＵユニット４から来るＰＷＭパワー信号を前述のようにマイクロコントローラ１１およびパワーステージ１２に供給する。
【００２８】
パワーステージ１２は、供給ステージ１０によって整流および／または濾波された整流供給信号をモータの種々の動作プロセスを制御するように前記ブラシレスモータの各相に送達する。
【００２９】
第１実施形態によれば、ＰＷＭの周期比の測定は、位置命令を解釈するように行われる。次にパルス幅変調の周期比は、種々の動作プロセスを制御するためにコード化される。例えば、
８５％の周期比に対する目盛り位置、
９０％の周期比に対する目盛り位置、
９５％の周期比に対する目盛り位置。
【００３０】
中間位置または追加命令は、別の周期比を選択することにより追加可能である。この実施形態においては、実施例として提供されるように、マイクロコントローラはＰＷＭ信号の周期比を解釈するように構成されている。
【００３１】
第２実施形態によれば、ＰＷＭ周波数の測定は、位置命令を解釈するように行われる。次に、パルス幅変調周波数は種々の動作プロセスを制御するためにコード化される。例えば、
１８ＫｈｚのＰＷＭ信号は閉位置、
２０ＫｈｚのＰＷＭ信号は目盛り位置、
２２ＫｈｚのＰＷＭ信号は開位置。
【００３２】
中間位置または追加命令は、別の周波数を選択することにより追加可能である。この実施形態においては、実施例として提供されるように、マイクロコントローラは、ＰＷＭ信号の周波数を解釈するように構成されている。
【００３３】
供給ステージ１０は、パワーステージ１２に（追加的な処理なく）直接的に供給するための信号５，６を濾波およびあるいは整流するために用いられる。ＰＷＭ周波数および周期比（例えば９０％）は、（典型的には２２０μＦよりも小さい）小容量のキャパシタを用いて濾波される供給信号を許容するには十分大きい。
【００３４】
（マイクロコントローラにより可能となる追加的な処理）
マイクロコントローラ１１を組み込んでいるアクチュエータを用いると、データ処理コードによって起動される以下に示すなどの追加的な機能を行うことが可能である。
−  機能不全の場合の基準位置への復帰、
−  低停止速度に到達、
−  位置に基づいてロータの移動速度を操舵すること、
−  温度状況に基づいた電流の制御、
−  消耗の最小化、
−  温度または電流ピークに到達した場合にモータ制御を停止すること。
【００３５】
代替的な実施形態によれば、図３に示すように、モータ１は位置エンコーダ３を備えない。この場合には、位置信号はマイクロプロセッサ１１によりシミュレートされて情報フィードバックが専用線１３を介して達成される。
【００３６】
センサのシミュレーションは、例えば、アプリケーションにおいて停止に対するサーチ時刻での位置を判定することにより行われる。このようにこの位置はこれらのモータステップ数を計数することで停止と判定できる。
【００３７】
情報フィードバックは、典型的にはマイクロコントローラ１１によって送信されて、情報の種類をコードすることができるＰＷＭタイプの信号、例えばＰＷＭ周波数または特定の周期比の手段によって実行される。送信することができる種々の種類の情報は、例えば、所定の温度の達成、位置誤差、機械的誤差、電流の異常消費などである。
【００３８】
図４は、本発明によるアクチュエータの第４実施形態の一般的な概略図を示す。
【００３９】
この実施形態においては、マイクロコントローラ１１はパワーステージ１２を備えるが、デコードステージ１４は備えておらず、これは外付けされている。デコード機能が特に２線入力信号の濾波器を含む場合には、例えば制御される電圧レベルが高すぎてマイクロコントローラによって処理されない場合には、この代替案は興味深い。
【００４０】
種々の要素がある実施形態を考慮することもまた可能である。すなわち、デコードステージ１４、マイクロコントローラ１１およびパワーステージ１２が３つの分離された要素であるような実施形態を考慮することも可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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2021523665.tif 000009
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