(57)【要約】【課題】工作機械等における位置決めテーブルの如く、可動子の位置決めをする装置に関し、モータ駆動ユニットの他に可動子位置検出のための部品を用いることなく、可動子を位置決めすることができる位置決め制御装置を提供する。【解決手段】可動子を位置決めするための回転ギアを含むギア機構と、前記回転ギアを駆動するブラシレスモータと、前記ブラシレスモータの複数の固定コイルに順次駆動パルスを供給して前記ブラシレスモータを回転せしめるモータ制御回路と、を含む位置決め制御装置を、前記モータ制御回路が、前記ブラシレスモータの感磁素子からの出力信号に応じて前記ブラシレスモータの回転子の現在ステージ番号を検出するステージ番号検出手段と、前記可動子の所望位置を目標ステージ番号に変換してこれが前記現在ステージ番号に一致するまで前記ブラシレスモータを回転せしめる駆動パルスを生成する駆動パルス生成手段と、によって構成する。【選択図】　図２
2004102658.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動子を位置決めするための回転ギアを含むギア機構と、前記回転ギアを駆動するブラシレスモータと、前記ブラシレスモータの複数の固定コイルに順次駆動パルスを供給して前記ブラシレスモータを回転せしめるモータ制御回路と、を含む位置決め制御装置であって、
前記モータ制御回路は、前記ブラシレスモータの感磁素子からの出力信号に応じて前記ブラシレスモータの回転子の現在ステージ番号を検出する現在ステージ番号検出手段と、前記可動子の所望位置を目標ステージ番号に変換してこれが前記現在ステージ番号に一致するまで前記ブラシレスモータを回転せしめる駆動パルスを生成する駆動パルス生成手段と、からなることを特徴とする位置決め制御装置。
【請求項２】
前記駆動パルス生成手段は、前記可動子の可動範囲の上限及び下限の少なくとも一方に対応する可動限界ステージ番号を予め検出する初期化手段と、前記現在ステージ番号が前記可動限界ステージ番号を超えた場合、前記駆動パルスの生成を停止する駆動停止手段と、を含むことを特徴とする請求項１記載の位置決め制御装置。
【請求項３】
前記現在ステージ番号検出手段が、前記可動限界ステージ番号を前記現在ステージ番号の算出の基準位置とすることを特徴とする請求項１記載の位置決め制御装置。
【請求項４】
前記ギア機構は、前記可動子の動作範囲を定める少なくとも１つのストッパを有し、前記駆動パルス生成手段は、前記動作範囲の上限位置または下限位置を予め検出する基準位置設定手段を含み、前記現在ステージ番号検出手段が、前記上限位置または下限位置を前記現在ステージ番号の算出の基準位置とすることを特徴とする請求項１記載の位置決め制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等に搭載される自動変速機のギア比を定めるギア比設定子等の可動子を位置決めするための位置決め制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に工作機械等における被加工物の位置決めテーブルの如く、可動子の位置決めをする装置においては、モータで発生する回転力を長手ボルトに取り付けられたギアを介して伝達し、当該ボルトに噛合する可動子としてのナットを当該ボルトの軸方向に移動させる。
【０００３】
このナットの位置（座標）制御を行う場合、１つの方法として、駆動源であるモータにエンコーダを取り付け、このエンコーダの出力に基づいてナットの現在位置を検出して、目標位置に対して必要な回転回数だけボルトを回転させるべくモータをフィードバック制御する制御方法がある。
また、別の方法として、移動するナットに斜板等をリンクさせることによって位置を角度に変換する角度センサを設置し、この角度センサの出力から現在位置を検出して、目標位置に対して必要なモータの回転回数をフィードバック制御する方法がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
かかる従来から知られている制御方法は、コンピュータ等の制御ユニットの他に、目標位置（目標値）に対する可動子の現在位置との差を検知するための現在位置検出センサが必須であり、結果としてシステム全体のコストが高くなってしまうという問題点がある。
【０００５】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、モータ駆動ユニットの他に可動子の位置検出のための部品を用いることなく、可動子を位置決めすることができる位置決め制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明による位置決め制御装置は、可動子を位置決めするための回転ギアを含むギア機構と、前記回転ギアを駆動するブラシレスモータと、前記ブラシレスモータの複数の固定コイルに順次駆動パルスを供給して前記ブラシレスモータを回転せしめるモータ制御回路と、を含む位置決め制御装置であって、前記モータ制御回路は、前記ブラシレスモータの感磁素子からの出力信号に応じて前記ブラシレスモータの回転子の現在ステージ番号を検出する現在ステージ番号検出手段と、前記可動子の所望位置を目標ステージ番号に変換してこれが前記現在ステージ番号に一致するまで前記ブラシレスモータを回転せしめる駆動パルスを生成する駆動パルス生成手段と、からなることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施例について添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施例である位置決め制御装置１０を示している。位置決め制御装置１０は、ボルト部材１１を含んでいる。ボルト部材１１に噛合するナット部材１２には、例えば、車載自動変速機のギア比設定子等である可動子（図示せず）が結合する。ボルト部材１１の一端には平ギア１３が固定され、モータ１４の回転軸と一体のギア１５と噛合している。よって、モータ１４の回転力がボルト部材１１に伝達される。モータ１４へ駆動パルス信号を供給するモータ制御回路１６が設けられている。ボルト部材１１に嵌合する位置決めストッパ１７および１８は、ナット部材１２の動作範囲を決定する。
【０００８】
図２は、図１に示されたモータ制御回路１６の詳細をモータ１４との関係とともに示す。本実施例においてモータ１４は、３相ブラシレスモータであり、２極回転子（図示せず）を有し、この回転子の回転角度位置に応じた出力を生じる３つの感磁素子２０を含んでいる。この回転子を回転せしめる電磁力を発生するＵ相コイル２１、Ｖ相コイル２２、Ｗ相コイル２３が、モータ１４の固定子（図示せず）に設けられている。本実施例では、３つのホールセンサ等の感磁素子２０が回転子の周りに１２０度の間隔で配置されている。モータ制御回路１６は、マイクロプロセッサ２４および駆動パルス生成部２５を含む。マイクロプロセッサ２４は、感磁素子２０からの位置信号を受け入れ、駆動パルス生成部２５に対して、データラインを介して正または逆方向の回転コマンドおよび停止コマンドを出力する。駆動パルス生成部２５は、供給されるコマンドの種類に応じて、モータ１４を正方向または逆方向に回転せしめる制御パターンに従ったタイミングによって、駆動パルスを各相コイル２１〜２３に供給する。
【０００９】
図３は、各相コイルの制御パターンを示す。ここで、３つの感磁素子からの入力信号をそれぞれＨａ、Ｈｂ、Ｈｃとし、３つの相コイルへの駆動パルスをそれぞれＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬとする。上述のように、モータの１つの相への出力は２種類あり、回転子の一方の極（例えばＮ極）に回転力を与える駆動パルスをハイサイドパルス（ＵＨ、ＶＨ、ＷＨ）と定義し、他の極（例えばＳ極）に回転力を与える駆動パルスをローサイドパルス（ＵＬ、ＶＬ、ＷＬ）と定義している。
【００１０】
図３に示すように、感磁素子からの入力信号Ｈａ、Ｈｂ、Ｈｃは、３つの感磁素子が回転シャフトの周りに１２０度の間隔を置いて配置されている故、入力信号同士は電気角１２０度の位相ずれを伴い、それぞれ１８０度のパルス幅のパルス信号である。この３種類のパルス信号の組み合わせによって、図中に示す６つの制御ステージが定義できる。これに対応して、６種類のモータ駆動パルスＵＨ〜ＷＬが、各相コイル２１、２２、２３に印加される。ハイサイド信号およびローサイド信号は、６０度の休止間隔を置いてそれぞれ電気角１２０度分だけ印加される。すなわち、１つの相については、ハイサイド−休止−ローサイド−休止状態が繰り返される。
【００１１】
図３で示されるステージ番号１から６すなわちステージ１からステージ６を経て、モータ１４の回転子は一回転し、ステージ６の次に再びステージ１が現れる。例えば、ステージ１〜ステージ６が４回繰り返されると、２４ステージ分のモータ回転子の回転によって、ナット部材１２がボルト部材１１の軸方向に１０ｍｍ移動する。従って、任意のステージ数だけモータ１４を正方向または逆方向に回転させる駆動パターンをモータ１４のコイル２１〜２３に供給することによって、ナット部材１２の移動方向および距離を制御することが可能となる。また、前述のステージ番号の進行を逆にするパターンの駆動パルスを供給することによって、モータ回転方向を逆転することができ、ナット部材１２の送り方向を逆にすることも可能である。
【００１２】
図４〜図６に、マイクロプロセッサ２４の実行するルーチンを示す。
図４は、本発明による位置決め制御装置の、例えば工場出荷時に実行される最大ステージ番号設定ルーチンを示している。このルーチンにおいては、まず、逆方向に駆動パターンの駆動パルスを供給する指令を発する（ステップ１０１）。ここで、ナット部材１２の移動方向は、ステージ番号が増加する方向を正方向とし、その反対方向を逆方向と定義する。続いて、感磁素子２０からの出力信号の変化を感知して、ナット部材１２がボルト部材１１の一方の最終端に到達したかどうかの判定を行う（ステップ１０２）。ナット部材１２が最終端に到達していない場合、感磁素子２０からの信号は、例えば図３に示すように変化するため、ステップ１０１に戻って指令を繰り返し、到達した場合は駆動パルスの供給を停止して次のステップに移行する。続いて、仮のステージ番号を示す変数ＳＴＧをゼロと設定する（ステップ１０３）。その後、ナット部材１２の移動方向を逆転すべく、駆動パルスパターンを正方向パターンに切り替える（ステップ１０４）。続いて、ナット部材１２が反対側の最終端に到達するまで、ナット部材１２の移動ループが繰り返し実行される（ステップ１０５〜１０７）。このとき、図３で示された駆動パルスのステージ番号が積算されて（ステップ１０６）、ナット部材１２が最終端に達すると、この積算されたステージ番号がナット部材１２の上限位置ステージ番号を示す変数ＳＴＧｕとして保存される（ステップ１０８）。この一連の作業によって、位置決め制御装置のフルストローク距離がステージ番号差または積算値としてマイクロプロセッサ２４に記憶される。この上限ステージ番号ＳＴＧｕは、不揮発性メモリ（図示せず）等を用いて記憶することによって、１度設定した後は省略し得る。
【００１３】
図５は、本発明による位置決め制御装置を実際に使用する際に、マイクロプロセッサ２４が実行する初期位置決定ルーチンを示している。初期位置設定ルーチンは、ナット部材１２の上限または下限位置を動作開始基準（位置ゼロ）として設定可能とするためのモードであり、このルーチンでは、まず、逆方向に駆動パルスを供給する指令を発する（ステップ１１１）。続いて、図４に示す方法と同様に、感磁素子２０からの出力信号変化を検知して、ナット部材１２が一方の最終端に到達したかどうかの判定を行い、ナット部材１２が一方の最終端に到達していない場合、ステップ１１１の指令が繰り返される（ステップ１１２）。ナット部材１２が一方の最終端に達した場合、基準ステージ番号を示す変数ＳＴＧｒを位置基準点に設定する。
【００１４】
図６は、本発明による位置決め制御装置の実際の動作を行うマイクロプロセッサ２４の通常動作ルーチンを示している。このルーチンでは、図５の初期位置設定ルーチンによってすでに位置基準点が設定済みであるため、ナット部材１２を動かしたい任意の位置を入力するだけで位置制御を行うことができる。まず設定された基準ステージ番号を現在ステージ番号を示す変数ＳＴＧｃとして読み込む（ステップ１２１）。続いて、実際に移動させたい所望位置（座標）もしくは距離をマイクロプロセッサ２４に入力する（ステップ１２２）。この入力データをもとに、目標の位置もしくは目標までの到達距離から目標ステージ番号を算出し、変数ＳＴＧｔとして設定する（ステップ１２３）。
【００１５】
続いて、現在ステージ番号と目標ステージ番号とのステージ判定が行われる（ステップ１２４）。目標ステージ番号が現在ステージ番号と等しい（ＳＴＧｔ＝ＳＴＧｃ）場合は、ナット部材１２をさらに移動させることなくモータを停止する指令を発し（ステップ１２５）、制御を終了する。
現在ステージ番号が目標ステージ番号と異なる場合は、マイクロプロセッサ２４が、それらの番号同士の大小関係によって異なる動作を装置に実行させるように判定を行う。現在ステージ番号が目標ステージ値より小さい（ＳＴＧｃ＜ＳＴＧｔ）場合（ステップ１２６）は、正方向パターンの駆動パルス供給指令を発し（ステップ１２７）、再び感磁素子２０からの出力信号変化の判定を行い、ステージが進むまで同じ駆動パルスを供給し続ける（ステップ１２８）。続いてステージ番号のカウントアップが行われ（ステップ１２９）、その後ＳＴＧｔとＳＴＧｃとの対比が行われる（ステップ１３０）。ここでは、目標位置がストロークの上限位置を超えて設定されてしまうような場合を想定して、現在ステージ番号が初期設定された上限ステージ番号よりも大きくなる（ＳＴＧｕ＜ＳＴＧｃ）場合、動作を停止するようになっており（ステップ１３１）、現在ステージ番号が上限ステージ番号より小さい場合は、符号Ａに進みステップ１２４に戻る。かかる繰り返しを経て現在ステージ番号が目標ステージ番号に達すると、ステップ１２５に移り、動作は停止する。
【００１６】
現在ステージ番号が目標ステージ番号より大きい（ＳＴＧｃ＞ＳＴＧｔ）場合は、ステップ１２８の場合とは逆方向のパターンの駆動パルス供給指令を行う（ステップ１３２）。続いてステップ１２８と同様に、感磁素子２０からの出力信号変化の判定を行い、ステージが進むまで同じ駆動パルスを供給し続ける（ステップ１３３）。その後ステージ番号のカウントが行うが、ステップ１２９の場合とは異なり、駆動パルスの１ステージ分の印加に対して、現在ステージ番号を１減少してカウントダウンする（ステップ１３４）。続いて符号Ａに進んでステップ１２４に戻り、現在ステージ番号が目標ステージ番号に達するまで一連のループが繰り返される。現在ステージ番号が目標ステージ番号と一致すると、ステップ１２５に移り、動作を停止する。
【００１７】
以上のような制御ステップを実行することによって、モータ駆動ユニットの他に可動子すなわちナット部材の位置検出のための特別な部品を用いることなく、可動子の位置制御が可能となる。つまり、初期設定の段階でフルストローク距離がステージ番号または積算値として記憶されているため、実際に使用する際に初期位置設定を行うだけで、可動子の位置を特定することが可能となり、目標位置もしくは移動距離を入力することのみで、任意の位置への可動子移動制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の１つである、位置決め制御装置の概略図である。
【図２】図１に示されたモータ制御回路の詳細図である。
【図３】本発明によるモータ制御回路のモータコイルの制御パターンである。
【図４】本発明によるモータ制御回路の最大ステージ番号設定ルーチンを示す動作フローチャートである。
【図５】本発明によるモータ制御回路の初期位置設定ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】本発明によるモータ制御回路の通常動作ルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０　位置決め制御装置
１２　ナット部材
１４　モータ
１６　モータ制御回路
１７、１８　位置決めストッパ
２０　感磁素子
２４　マイクロプロセッサ
２５　駆動パルス生成部
【図１】
2004102658.tif 000003
【図２】
2004102658.tif 000004
【図３】
2004102658.tif 000005
【図４】
2004102658.tif 000006
【図５】
2004102658.tif 000007
【図６】
2004102658.tif 000008