(57)【要約】 【課題】位置センサから出力される検出信号を必要とせずにモータ制御を実行する。【解決手段】モータ制御回路３１を、メインモータ３の回転速度の目標値の指令信号を発生する回転速度指令信号発生回路５０と、時間Ｔ１が経過すると第１の計時信号を発生するタイマＡ６０と、第１の計時信号に応じてＰＷＭ制御回路５７でのＰＷＭ制御信号の発生を停止するＰＷＭ信号停止回路５９と、時間Ｔ１よりも短い時間Ｔ２が経過すると第２の計時信号を発生するタイマＢ６１と、第２の計時信号に応じてＰＷＭ制御回路５７でのＰＷＭ制御信号の発生を開始するＰＷＭ信号開始回路５８と、第２の計時信号に応じてメインモータ３の端子間の電圧に基づく回転速度の回転速度信号を発生する回転速度算出回路５４と、回転速度比較回路５５から出力される指令信号と回転速度信号との偏差信号に基づきＰＷＭ制御信号の変調度を決定するＤｕｔｙ決定回路５６とを備えて構成した。【選択図】図６
2008312416.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブラシ付きＤＣモータと、
前記ブラシ付きＤＣモータに電流を供給するモータ駆動回路と、
前記モータ駆動回路にパルス幅変調されたＰＷＭ制御信号を供給する制御回路とを備え、
前記制御回路は、
前記ブラシ付きＤＣモータの回転速度の目標値を設定し、指令信号を発生する回転速度指令信号発生手段と、
前記モータ駆動回路に供給される前記ＰＷＭ制御信号を発生するＰＷＭ信号発生手段と、
予め定められた時間Ｔ１を計測し、前記時間Ｔ１が経過すると第１の計時信号を発生する第１のタイマ手段と、
前記第１のタイマ手段が前記第１の計時信号を発生すると、前記ＰＷＭ信号発生手段における前記ＰＷＭ制御信号の発生を停止するＰＷＭ信号停止手段と、
前記第１のタイマ手段が前記第１の計時信号を発生すると、前記時間Ｔ１よりも短い予め定められた時間Ｔ２を計測し、前記時間Ｔ２が経過すると第２の計時信号を発生する第２のタイマ手段と、
前記第２のタイマ手段が前記第２の計時信号を発生すると、前記ＰＷＭ信号発生手段における前記ＰＷＭ制御信号の発生を開始するＰＷＭ信号開始手段と、
前記ブラシ付きＤＣモータの端子間の電圧を検出する電圧差検出手段と、
前記電圧差検出手段が検出した電圧をデジタル信号に変換するアナログ・デジタル変換手段と、
前記第２のタイマ手段が前記第２の計時信号を発生すると前記アナログ・デジタル変換手段が発生する前記デジタル信号を記憶するメモリ手段と、
前記メモリ手段に記憶された前記デジタル信号に基づいて前記ブラシ付きＤＣモータの回転速度を算出し、回転速度信号を発生する回転速度算出手段と、
前記回転速度指令信号発生手段が発生する前記指令信号と前記回転速度算出手段が発生する前記回転速度信号とを比較する回転速度比較手段と、
前記ＰＷＭ信号発生手段が発生する前記ＰＷＭ制御信号の変調度を決定するデューティ決定手段とを備えていることを特徴とするブラシ付きＤＣモータの制御装置。
【請求項２】
請求項１記載のブラシ付きＤＣモータの制御装置において、
前記制御回路は、前記ブラシ付きＤＣモータのコイルを流れる電流が略ゼロに収束した後に、前記アナログ・デジタル変換手段が発生する前記デジタル信号を前記メモリ手段に記憶するように、前記時間Ｔ２を設定することを特徴とするブラシ付き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、ブラシ付きＤＣモータの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えばエンコーダやレゾルバ等の位置センサから出力される検出信号に基づき、モータの回転速度や回転位置（回転角度）を制御する制御装置が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００６−２７１１１５号公報
【特許文献２】特開２００６−３４３３１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記従来技術に係る制御装置においては、例えば位置センサの異常時等であっても、所望の速度制御やトルク制御を継続することが望まれている。
また、モータを搭載する各種装置を小型化する場合等においては、位置センサを省略して所望の速度制御やトルク制御を行うことが望まれている。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、位置センサから出力される検出信号を必要とせずに所望のモータ制御を実行することが可能なブラシ付きＤＣモータの制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明の第１態様に係るブラシ付きＤＣモータの制御装置は、ブラシ付きＤＣモータ（例えば、実施の形態でのメインモータ３）と、前記ブラシ付きＤＣモータに電流を供給するモータ駆動回路（例えば、実施の形態でのメインモータドライバ３２）と、前記モータ駆動回路にパルス幅変調されたＰＷＭ制御信号を供給する制御回路（例えば、実施の形態でのモータ制御回路３１）とを備え、前記制御回路は、前記ブラシ付きＤＣモータの回転速度の目標値を設定し、指令信号を発生する回転速度指令信号発生手段（例えば、実施の形態での回転速度指令信号発生回路５０）と、前記モータ駆動回路に供給される前記ＰＷＭ制御信号を発生するＰＷＭ信号発生手段（例えば、実施の形態でのＰＷＭ制御回路５７）と、予め定められた時間Ｔ１を計測し、前記時間Ｔ１が経過すると第１の計時信号を発生する第１のタイマ手段（例えば、実施の形態でのタイマＡ６０）と、前記第１のタイマ手段が前記第１の計時信号を発生すると、前記ＰＷＭ信号発生手段における前記ＰＷＭ制御信号の発生を停止するＰＷＭ信号停止手段（例えば、実施の形態でのＰＷＭ信号停止回路５９）と、前記第１のタイマ手段が前記第１の計時信号を発生すると、前記時間Ｔ１よりも短い予め定められた時間Ｔ２を計測し、前記時間Ｔ２が経過すると第２の計時信号を発生する第２のタイマ手段（例えば、実施の形態でのタイマＢ６１）と、前記第２のタイマ手段が前記第２の計時信号を発生すると、前記ＰＷＭ信号発生手段における前記ＰＷＭ制御信号の発生を開始するＰＷＭ信号開始手段（例えば、実施の形態でのＰＷＭ信号開始回路５８）と、前記ブラシ付きＤＣモータの端子間の電圧を検出する電圧差検出手段（例えば、実施の形態での電圧比較回路５１）と、前記電圧差検出手段が検出した電圧をデジタル信号に変換するアナログ・デジタル変換手段（例えば、実施の形態でのＡ／Ｄ変換回路５２）と、前記第２のタイマ手段が前記第２の計時信号を発生すると前記アナログ・デジタル変換手段が発生する前記デジタル信号を記憶するメモリ手段（例えば、実施の形態でのメモリ５３）と、前記メモリ手段に記憶された前記デジタル信号に基づいて前記ブラシ付きＤＣモータの回転速度を算出し、回転速度信号を発生する回転速度算出手段（例えば、実施の形態での回転速度算出回路５４）と、前記回転速度指令信号発生手段が発生する前記指令信号と前記回転速度算出手段が発生する前記回転速度信号とを比較する回転速度比較手段（例えば、実施の形態での回転速度比較回路５５）と、前記ＰＷＭ信号発生手段が発生する前記ＰＷＭ制御信号の変調度を決定するデューティ決定手段（例えば、実施の形態でのＤｕｔｙ決定回路５６）とを備える。
【０００５】
さらに、本発明の第２態様に係るブラシ付きＤＣモータの制御装置は、第１態様に記載のブラシ付きＤＣモータの制御装置において、前記モータ制御回路は、前記ブラシ付きＤＣモータのコイルを流れる電流が略ゼロに収束した後に、前記アナログ・デジタル変換手段が発生する前記デジタル信号を前記メモリ手段に記憶するように、前記時間Ｔ２を設定する。
【発明の効果】
【０００６】
以上説明したように、本発明の第１態様に係るブラシ付きＤＣモータの制御装置によれば、ブラシ付きＤＣモータの回転位置に係る状態量を検出する位置センサ等のセンサから出力される検出信号を必要とせずに、例えば回転速度等の状態量に対するフィードバック制御を実行することができる。
これにより、例えば位置センサ等のセンサの異常時であっても、所望のモータ制御を継続することができ、また、ブラシ付きＤＣモータを搭載する各種装置を小型化する場合等においては、例えば位置センサ等のセンサを省略して所望のモータ制御を行うことができる。
【０００７】
さらに、本発明の第２態様に係るブラシ付きＤＣモータの制御装置によれば、ブラシ付きＤＣモータのコイルを流れる電流が略ゼロに収束となる状態で電圧差検出手段により検出された電圧に基づきアナログ・デジタル変換手段が発生するデジタル信号をメモリ手段に記憶することから、回転速度等の状態量を精度良く検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明のブラシ付きＤＣモータの制御装置の実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
この実施の形態に係るブラシ付きＤＣモータの制御装置（以下、単に、制御装置とも呼ぶ）１０は、例えば図１および図２に示すメインモータ（以下、単に、モータとも呼ぶ）３をなすブラシ付きＤＣモータを駆動源とする転動ロボット１においてメインモータ３の制御装置として搭載されている。
この転動ロボット１は、例えば筐体２の内部に収容された、メインモータ３と、メインモータ３の回転軸４に固定されたフライホイール５と、回転軸４に略直交する方向に延在し、メインモータ３を回動可能に支持するモータ支持軸６，７と、メインモータ３をモータ支持軸６，７周りに回動駆動するサブモータ８と、転動ロボット１の姿勢状態を検出する姿勢センサ９と、制御装置１０とを備えて構成されている。
【０００９】
筐体２は、多面体（例えば、略立方体）状に形成され、各面の交差稜線部は円弧状等に面取りされている。
筐体２を構成する適宜の１対の対向面の一方には、モータ支持軸６の一方の端部が装着される軸孔２１が形成され、メインモータ３を覆うカバー２２の外周面上にはモータ支持軸６の他方の端部が装着される凹溝２２ａが形成され、モータ支持軸６は軸孔２１および凹溝２２ａによって回転可能に支持されている。
【００１０】
また、モータ支持軸７は、モータ支持軸６と同軸に配置され、モータ支持軸７の一方の端部にはギア２４が固定され、モータ支持軸７の他方の端部は、筐体２を構成する適宜の１対の対向面の他方の内面上に設けられた支持部材２３によって回転可能に支持されている。
【００１１】
メインモータ３を覆うカバー２２の外周面上において、回転軸４に略直交する方向で凹溝２２ａと対向する位置にはギアボックス２５が設けられている。このギアボックス２５にはサブモータ８が固定され、サブモータ８の回転軸に固定されたピニオンギア２６と、モータ支持軸７に固定されたギア２４とが噛合状態に配置されている。これにより、サブモータ８から出力される駆動力によって、サブモータ８の回転軸がモータ支持軸７周りに旋回移動し、メインモータ３がモータ支持軸７周りに回動する。
【００１２】
この転動ロボット１において、メインモータ３の駆動力によりフライホイール５が回転軸４周りに回転駆動されている状態で、サブモータ８の駆動力によりメインモータ３がモータ支持軸６，７周りに回動させられることで、例えば図３に示すように、回転軸４およびモータ支持軸６，７に直交する軸周りのジャイロモーメントがメインモータ３およびフライホイール５に発生する。
例えば、モータ支持軸６，７（ｙ軸）周りのフライホイール５の角速度をμとし、メインモータ３の回転軸４（ｘ軸）周りのメインモータ３およびフライホイール５の角運動量をＨとして、ｘ軸およびｙ軸に直交する軸（ｚ軸）周りに発生するメインモータ３およびフライホイール５のジャイロモーメントＴは、Ｔ＝Ｈ×μとなる。
【００１３】
これにより、例えば図４（ａ）に示すように、モータ支持軸６，７の方向（ｙ軸方向）が鉛直方向となるようにして、転動ロボット１が水平面上に設置された状態で、メインモータ３およびサブモータ８が制御装置１０の制御により回転駆動されると、例えば図４（ｂ）に示すように、筐体２がｘ軸およびｙ軸に直交するｚ軸周りに水平面上で転動し、モータ支持軸６，７（ｙ軸）が水平方向となる。
【００１４】
また、この転動ロボット１では、メインモータ３の駆動力によりフライホイール５が回転軸４周りに回転駆動されている状態において、フライホイール５の回転トルクに所定変化量を超える急激なトルク変動が発生すると、このトルク変動に対する反力によって、筐体２がｘ軸周りに転動可能である。
この場合、サブモータ８の駆動力によるモータ支持軸６，７周りのメインモータ３およびフライホイール５の回動によって回転軸４の方向（つまりｘ軸方向）が変更されることに伴い、水平面上に設置された転動ロボット１の転動方向が適宜の方向に設定される。
【００１５】
制御装置１０は、例えば図５に示すように、モータ制御回路３１と、メインモータ３を駆動するメインモータドライバ３２と、サブモータ８を駆動するサブモータドライバ３３とを備えて構成されている。なお、サブモータ８の駆動については、特に言及しない。
【００１６】
モータ制御回路３１は、例えば図６に示すように、操作者の入力操作により運転操作入力回路４９へ指令信号Ｓが入力され、この指令信号Ｓと、姿勢センサ９から出力される検出信号とに基づき、各モータドライバ３２，３３を制御する。
なお、姿勢センサ９は、例えば前後方向および左右方向および上下方向の各加速度ベクトルを検出する３軸加速度センサや角速度ベクトルを検出する３軸角速度センサ等であって、転動ロボット１の姿勢状態に係る各検出信号（例えば、重力ベクトルや転動時の加速度や角速度ベクトルの検出信号等）を出力する。
【００１７】
また、メインモータドライバ３２は、バッテリ４１とスイッチング回路４２とを備え、ＰＷＭ制御回路５７から入力されるパルス幅変調（ＰＷＭ）信号、つまりスイッチング回路４２の各スイッチング素子のオン／オフ状態を制御するパルスからなるゲート信号に応じて、バッテリ４１から出力される直流電流をメインモータ３に通電する。
【００１８】
例えばメインモータドライバ３２において、スイッチング回路４２は、ＭＯＳＦＥＴ等のトランジスタの複数（例えば、４つ）のスイッチング素子がブリッジ接続されたブリッジ回路（例えば、Ｈブリッジ回路）からなり、メインモータ３の２つの通電端子毎に対をなすハイ側およびロー側トランジスタＰＨ，ＰＬおよびＮＨ，ＮＬを備えている。
各トランジスタＰＨ，ＮＨは、例えばＰ型ＭＯＳＦＥＴであって、各トランジスタＰＨ，ＮＨのソースがバッテリ４１の正極側端子に接続されてハイサイドアームを構成し、各トランジスタＰＨ，ＮＨのドレイン−ソース間には、ドレインからソースに向けて順方向となるようにして、各ダイオードＤが接続されている。
また、各トランジスタＰＬ，ＮＬは、例えばＮ型ＭＯＳＦＥＴであって、各トランジスタＰＬ，ＮＬのソースがバッテリ４１の負極側端子に接続されてローサイドアームを構成し、各トランジスタＰＬ，ＮＬのドレイン−ソース間には、ソースからドレインに向けて順方向となるようにして、各ダイオードＤが接続されている。
そして、各通電端子毎に対をなす各トランジスタＰＨ，ＰＬおよびＮＨ，ＮＬはバッテリ４１に対して直列に接続されている。
【００１９】
そして、メインモータ３の一方の通電端子は、ハイ側トランジスタＰＨおよびロー側トランジスタＰＬの各ドレインに接続され、メインモータ３の他方の通電端子は、ハイ側トランジスタＮＨおよびロー側トランジスタＮＬの各ドレインに接続され、各トランジスタＰＨ，ＰＬ，ＮＨ，ＮＬのゲートには、各トランジスタＰＨ，ＰＬ，ＮＨ，ＮＬのオン／オフ状態を制御するパルスからなるゲート信号が、モータ制御回路３１から入力されている。
【００２０】
モータ制御回路３１は、例えばメインモータ３に回転速度のフィードバック制御を行うものであり、後述する開放モードにおいて検出されたメインモータ３の誘起電圧からメインモータ３の回転速度に対する速度演算値を演算し、さらに、速度演算値と速度指令値との偏差がゼロとなるようにメインモータ３を制御するための制御指令値（例えば、電圧指令値等で、図には記載しない。）を算出する。そして、後述する駆動モードにおいて、メインモータ３に制御指令値に応じた通電制御を行う。
このモータ制御回路３１は、例えば図６に示すように、運転操作入力回路４９と、回転速度指令信号発生回路５０と、電圧比較回路（電圧差検出回路）５１と、Ａ／Ｄ変換回路５２と、メモリ５３と、回転速度算出回路５４と、回転速度比較回路５５と、Ｄｕｔｙ決定回路５６と、ＰＷＭ制御回路５７と、ＰＷＭ信号開始回路５８と、ＰＷＭ信号停止回路５９と、タイマＡ６０と、タイマＢ６１とを備えて構成されている。
【００２１】
回転速度比較回路５５には、回転速度指令信号発生回路５０から出力される速度指令値と、後述する回転速度算出回路５４から出力される速度演算値が入力され、これらの偏差を算出する。
なお、メインモータ３の始動時等において、回転速度算出回路５４から速度演算値が入力されていない場合には、回転速度比較回路５５は、速度指令値に応じた値をＤｕｔｙ決定回路５６に出力する。
次に、Ｄｕｔｙ決定回路５６には、回転速度比較回路５５から出力される偏差信号に基づきメインモータ３に対するＤｕｔｙ指令値を算出し、速度指令値と速度演算値との偏差がゼロとなるように制御を行う。
例えば、Ｄｕｔｙ決定回路５６は、ＰＩ（比例積分）動作により、メインモータ３に速度指令値と速度演算値との偏差を制御増幅して、Ｄｕｔｙ指令値を算出し、ＰＷＭ制御回路５７に出力する。
なお、Ｄｕｔｙ決定回路５６に上記の偏差に加えて速度演算値も入力し、メインモータ３の回転速度に応じたＤｕｔｙ指令値を算出してもよい。
【００２２】
ＰＷＭ制御回路５７は、駆動モードにおいて、Ｄｕｔｙ決定回路５６から入力されたＤｕｔｙ指令値に応じて、メインモータドライバ３２のスイッチング回路４２の各トランジスタＰＨ，ＰＬ，ＮＨ，ＮＬのオン／オフ状態を制御するパルスからなる各ゲート信号を生成し、各トランジスタＰＨ，ＰＬ，ＮＨ，ＮＬのゲートに出力する。
例えば、ＰＷＭ制御回路５７は、Ｄｕｔｙ指令値と、三角波等のキャリア信号とに基づくパルス幅変調により、各ゲート信号（つまり、ＰＷＭ信号）を生成する。
また、ＰＷＭ制御回路５７は、開放モードにおいて、モータドライバ３２のスイッチング回路４２の各トランジスタＰＨ，ＰＬ，ＮＨ，ＮＬをオフ状態とするパルスからなる各ゲート信号を生成する。
【００２３】
駆動モードでは、例えば図７（ａ），（ｂ）に示すように、メインモータ３に速度指令値と速度演算値との偏差から算出されたＤｕｔｙ指令値に応じたデューティ（つまり、オン／オフ状態の比率）を有する各ゲート信号（ＰＷＭ信号）によってメインモータドライバ３２が駆動される。また、駆動モードは、例えば図８の時刻ｔ２からｔ３（ｔ０）において実施される。
【００２４】
このＰＷＭ信号による駆動（ＰＷＭ駆動）において、例えば図７（ａ）に示すように、ハイ側トランジスタＰＨがオン状態かつ各トランジスタＮＨ，ＰＬがオフ状態である場合にロー側トランジスタＮＬがオン状態となるローサイドＯＮ時には、バッテリ４１とメインモータ３の通電端子とが各トランジスタＰＨ，ＮＬを介して接続される。これにより、メインモータ３の通電端子間の電圧（モータ電圧ＶＭ）はバッテリ４１の端子電圧ＶＤＣに応じたオン時電圧Ｖｏｎ（＞Ｖｏｆｆ）となり、通電端子間の電流（モータ電流ＩＭ）はオフ時電流Ｉｏｆｆ（＞０）からオン時電流Ｉｏｎ（＞Ｉｏｆｆ）に向かい増大傾向に変化する。
【００２５】
そして、例えば図７（ｂ）に示すように、ハイ側トランジスタＰＨがオン状態かつ各トランジスタＮＨ，ＰＬがオフ状態である場合にロー側トランジスタＮＬがオフ状態となるローサイドＯＦＦ時には、ハイ側トランジスタＰＨとハイ側トランジスタＮＨのダイオードＤとを介して、オン時電流Ｉｏｎからオフ時電流Ｉｏｆｆに向かい減少傾向に変化するモータ電流ＩＭがメインモータ３の通電端子間に流れる。これにより、モータ電圧ＶＭは、ハイ側トランジスタＮＨのダイオードＤでの電圧降下分に対応するオフ時電圧Ｖｏｆｆ（＜０）となる。
【００２６】
また、開放モードでは、例えば図７（ｃ）に示すように、各トランジスタＰＨ，ＰＬ，ＮＨ，ＮＬはオフ状態とされる。各トランジスタＰＬ，ＮＨのダイオードＤを介して、オン時電流Ｉｏｎからゼロに向かい減少傾向に変化するモータ電流ＩＭがメインモータ３の通電端子間に流れる。この時、モータ電圧ＶＭは、各トランジスタＰＬ，ＮＨのダイオードＤでの電圧降下分に対応する電圧（＜０）となる。また、開放モードは、例えば図８の時刻ｔ０（ｔ３）からｔ１において実施される。
そして、モータ電流ＩＭがゼロに収束している期間においては、モータ電圧ＶＭは誘起電圧Ｖａとなり、この期間において誘起電圧Ｖａの検出が可能な期間となる。
【００２７】
図６（図８）のタイマＡ６０は、カウントの値が所定の値（以下「カウント値Ａ」という。）となると、タイマＢ６１に割り込み信号（以下「計時信号Ａ」という。）を出力するとともに、再度０からカウントを開始する。また、タイマＢ６１は、タイマＡ６０からの計時信号Ａを受けてカウントを開始し、カウンタの値が所定の値（以下「カウント値Ｂ」という。）となると、計時信号Ｂを出力する。カウント値Ｂは、駆動モードから開放モードに変更してからモータ電圧ＶＭに誘起電圧が現れるまでの時間が設定してあり、また、カウント値Ｂはカウント値Ａよりも十分小さく設定されている。
タイマＡ６０から出力される計時信号Ａに応じてＰＷＭ信号停止回路５９により、ＰＷＭのモードが開放モードとなり、タイマＢ６１から計時信号Ｂが発生した場合には、後述するメモリ５３へ信号を出力し、ＰＷＭのモードが駆動モードとなる。また、メモリ５３へ信号を出力してから、ＰＷＭ信号開始回路５８へ信号が出力されるまで、微小な遅延時間Ｔｄを設定してあるため、後述する回転速度算出回路５４へ出力されるメモリ５３からの信号は、モータ電圧ＶＭに誘起電圧が現れている状態でのデジタル信号である。よって、駆動モードの状態でのモータ電圧ＶＭのデジタル信号が回転速度算出回路５４へ出力されることはない。
【００２８】
電圧比較回路５１とＡ／Ｄ変換回路５２は、モータ３の端子間電圧（モータ電圧ＶＭ）を検出するための回路となっている。電圧比較回路５１は、オペアンプまたはコンパレータによってモータ電圧ＶＭの差動増幅を行い、差動増幅された電圧をＡ／Ｄ変換回路５２へ入力する。また、Ａ／Ｄ変換回路５２は、電圧比較回路５１から入力された、モータ電圧ＶＭを差動増幅した電圧に対してアナログ・デジタル変換（Ａ／Ｄ変換）を行い、デジタル信号に変換する。そして、変換されたデジタル信号はメモリ５３に記憶される。
【００２９】
メモリ５３は、タイマＢ６１からの計時信号Ｂが入力されると、記憶しているデジタル信号を回転速度算出回路５４へ出力する。ここで、メモリ５３のデジタル信号は、タイマＡ６０とタイマＢ６１からの計時信号Ａ乃至Ｂによらず常に更新されている。
回転速度算出回路５４は、メモリ５３から出力されたデジタル信号を、速度演算値のデジタル信号に変換する。そして、回転速度比較回路５５およびＤｕｔｙ決定回路５６へ、変換したデジタル信号を出力している。
【００３０】
本実施形態による制御装置１０は上記構成を備えており、次に、この制御装置１０の動作について添付図面を参照しながら説明する。
先ず、例えば図９に示すステップＳ０１においては、各種パラメータを初期化する。
これにより、例えばタイマＡ６０、タイマＢ６１のカウンタが０に初期化され、タイマＡのカウント（計時）が開始される。
【００３１】
そして、ステップＳ０２においては、Ｄｕｔｙ決定回路５６にて、Ｄｕｔｙ値演算を実行する。
このＤｕｔｙ決定回路５６では、先ず、例えば回転速度比較回路５５から入力される偏差信号と、回転速度算出回路５４から入力される速度演算値の信号とに基づきメインモータ３に対するＤｕｔｙ指令値を算出する。そして、例えばメインモータ３の始動時等において、速度演算値が入力されていない場合には、速度指令値に応じたＤｕｔｙ指令値を算出する。
一方、速度演算値が入力されている場合には、メインモータ３に対し、速度指令値と速度演算値との偏差をＰＩ（比例積分）動作により制御増幅して、Ｄｕｔｙ指令値を算出する。
【００３２】
そして、ステップＳ０３においては、ＰＷＭ信号開始回路５８によって、各ゲート信号（ＰＷＭ信号）を各トランジスタＰＨ，ＰＬ，ＮＨ，ＮＬのゲートに出力して、駆動モードの実行を開始する。
【００３３】
そして、ステップＳ０４においては、タイマＡ６０のカウンタが、所定の周期（例えば、１０ｍｓ等）に対応するカウント値Ａに到達するまで待機する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ０４の判定処理を繰り返し実行する。一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ０５に進む。  
【００３４】
そして、ステップＳ０５においては、タイマＡ６０およびタイマＢ６１のカウンタを０に初期化する。
そして、ステップＳ０６においては、タイマＡ６０およびタイマＢ６１のカウントを開始する。
そして、ステップＳ０７においては、タイマＡ６０から出力される計時信号Ａに応じてＰＷＭ信号停止回路５９によって、Ｄｕｔｙ指令値に応じた各ゲート信号（ＰＷＭ信号）の出力を停止し、メインモータドライバ３２のスイッチング回路４２の各トランジスタＰＨ，ＰＬ，ＮＨ，ＮＬをオフ状態とするパルスからなる各ゲート信号を各トランジスタＰＨ，ＰＬ，ＮＨ，ＮＬのゲートに出力して、開放モードの実行を開始する。
【００３５】
そして、ステップＳ０８においては、タイマＢ６１のカウンタが、所定の周期（例えば、１ｍｓ等）に対応するカウント値Ｂに到達するまで待機する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ０８の判定処理を繰り返し実行する。一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ０９に進む。  
【００３６】
そして、ステップＳ０９においては、メモリ５３に記憶されている、モータ電圧ＶＭが変換されたデジタル信号に基づき、回転速度算出回路５４で速度演算値を算出する。
この際に、ブラシ付きＤＣモータの誘起電圧と回転速度が、
（回転速度）＝Ｋ×（誘起電圧）
のように、近似的に比例関係で表されることから、比例定数Ｋを予め求めておくことで、簡単に回転速度を算出することができる。また、予め誘起電圧と回転速度の関係をマップによって求めておくことで、回転速度を算出することもできる。
そして、ステップＳ１０においては、速度指令値と速度演算値の偏差を回転速度比較回路５５で算出する。
そして、上述したステップＳ０２に戻る。
【００３７】
上述したように、本実施形態によるブラシ付きＤＣモータの制御装置１０によれば、ブラシ付きＤＣモータであるメインモータ３の回転位置に係る状態量を検出する位置センサ等のセンサから出力される検出信号を必要とせずに、メインモータ３の回転速度に対するフィードバック制御を実行することができる。
これにより、例えば位置センサ等のセンサを備える場合であっても、センサの異常時にメインモータ３の回転速度に対するフィードバック制御を継続することができ、また、位置センサから出力される検出信号に対して微分等の煩雑な演算処理を実行する必要無しに、容易にメインモータ３の回転速度を検出することができる。
また、ブラシ付きＤＣモータをメインモータ３として搭載する転動ロボット１においては、位置制御を行わない場合に、位置センサ等のセンサを省略することができ、転動ロボット１を小型化しつつ、メインモータ３の回転速度に対するフィードバック制御を適切に実行することができる。
【００３８】
なお、上述した実施の形態においては、メインモータドライバ３２の各トランジスタＰＨ，ＰＬ，ＮＨ，ＮＬをオフ状態に設定する開放モードを設けて、誘起電圧のデータを取得したが、これに限定されず、例えばパルス幅変調をおこなう際のキャリア信号の周波数を相対的に小さな値、つまり駆動モードでの各ローサイドＯＦＦ時にモータ電流ＩＭが略ゼロに収束するために要する時間を確保することができる程度の周波数に設定してもよい。この場合には、開放モードを設ける必要無しに、駆動モードでの各ローサイドＯＦＦ時の所定タイミングで周期的に、誘起電圧を取得することができる。
【００３９】
また、上述した実施の形態においては、タイマＡ６０、タイマＢ６１のカウンタに対して予め設定した所定の周期および開放時間に基づき、誘起電圧のデータを取得するタイミングを設定したが、これに限定されず、例えばメインモータドライバ３２の各トランジスタＰＨ，ＰＬ，ＮＨ，ＮＬのオフ状態において、モータ電流ＩＭがゼロに収束したか否かの判定結果に応じて、誘起電圧のデータを取得してもよい。
【００４０】
なお、上述した実施の形態においては、ブラシ付きＤＣモータの制御装置１０は、転動ロボット１のメインモータ３を制御するとしたが、これに限定されず、例えば他のロボットや各種装置等に搭載された駆動源としてのモータやファンモータ等のブラシ付きＤＣモータを制御してもよい。
【００４１】
また、上述した実施の形態においては、ブラシ付きＤＣモータの制御装置１０は、速度のフィードバック制御を行うとしたが、これに限定されず、例えばトルク等の他の状態量のフィードバック制御を行ってもよい。
【００４２】
また、上述した実施の形態において、メインモータドライバ３２はＨブリッジ回路からなるとしたが、これに限定されず、他の駆動回路であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施の形態に係る転動ロボットの概略構成を示す縦断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る転動ロボットの内部構造を示す一部破断斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る転動ロボットの転動原理の概略を説明するための説明図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る転動ロボットの転動動作の一例を示す模式図である。
【図５】本発明の実施の形態に係るブラシ付きＤＣモータの制御装置の構成図である。
【図６】本発明の実施の形態に係るブラシ付きＤＣモータの制御装置の構成図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る駆動モードおよび開放モードでのモータドライバのスイッチング回路の通電状態を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る駆動モードおよび開放モードでのＰＷＭ信号とモータ電圧ＶＭとモータ電流ＩＭとの時間変化の一例を示すグラフ図である。
【図９】本発明の実施の形態に係るブラシ付きＤＣモータの制御装置の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４４】
３  メインモータ（ブラシ付きＤＣモータ）
１０  ブラシ付きＤＣモータの制御装置
３１  モータ制御回路（制御回路）
３２  メインモータドライバ（モータ駆動回路）
４１  バッテリ
４２  スイッチング回路（インバータ）
４９  運転操作入力回路
５０  回転速度指令信号発生回路（回転速度指令信号発生手段）
５１  電圧比較回路（電圧差検出手段）
５２  Ａ／Ｄ変換回路（アナログ・デジタル変換手段）
５３  メモリ（メモリ手段）
５４  回転速度算出回路（回転速度算出手段）
５５  回転速度比較回路（回転速度比較手段）
５６  Ｄｕｔｙ決定回路（デューティ決定手段）
５７  ＰＷＭ制御回路（ＰＷＭ信号発生手段）
５８  ＰＷＭ信号開始回路（ＰＷＭ信号開始手段）
５９  ＰＷＭ信号停止回路（ＰＷＭ信号停止手段）
６０  タイマＡ（第１のタイマ手段）
６１  タイマＢ（第２のタイマ手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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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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