JPH07322683A - 同期モータの駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 同期モータのマグネットロータを目標位置に
高い安定度で停止させる。 【構成】 図の処理は所定時間毎に行われる。ロータの
位置を表すカウント値をエンコーダから取込み、駆動を
開始してからのロータの移動距離を表す実移動カウント
値を演算し、目標位置を表す指令カウント値との差（角
度偏差）を演算し、角度偏差に応じてロータの回転速度
を定める(120〜128)。次に角度偏差の値に応じて処理が
進み、角度偏差＞０であればロータの位置＋90°のポイ
ント（時計方向に回転）、＜０であればロータの位置−
90°のポイント（反時計方向に回転）を通電ポイントと
し(134又は136)、固定子の各相に供給する電流のデュー
ティー比を決定してモータを駆動する(138〜140)。角度
偏差が０になるとロータの位置に等しいポイントを通電
ポイントとし(132) 、ロータマグネットの磁束の方向と
逆方向の磁界を固定子に発生させてロータを目標位置に
保持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は同期モータの駆動装置に
係り、特に、指示された目標位置まで同期モータのマグ
ネットロータを回転させる同期モータの駆動装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、同期モータの一種として、永
久磁石が取付けられ回転可能に配置されたマグネットロ
ータ（以下、ロータという）と、複数相のコイルを備え
ロータの外周に配置された固定子と、を備えた、所謂永
久磁石同期型のブラシレスモータが知られている。この
種のブラシレスモータは、整流子、ブラシ等から成る機
械的な整流機構が省略されているので、ホール素子やロ
ータリーエンコーダ等の位置検出手段によってロータの
磁極の位置を検出し、検出された磁極の位置に応じて固
定子の各コイルに通電して回転磁界を発生させることに
より駆動される。一般にブラシレスモータは前記整流機
構による機械的な接触がないので、低ノイズかつ長寿命
であり、例えば車両の電気的な駆動部分等に広範に用い
られている。

【０００３】ところで、上記のようなブラシレスモータ
を、例えばマニピュレータ（所謂ロボットアーム）のア
クチュエータとして用いた場合、アーム等を所定角度回
動させるために、ブラシレスモータのロータを前記所定
角度に対応する目標位置まで回転させて停止させる駆動
を行うことがあるが、このような駆動は、ロータが目標
位置まで回転したときに固定子の各コイルへの通電を停
止させることにより達成される。この固定子の各コイル
への通電を停止している状態ではロータは僅かな外力に
より回転する。このため、ロータを目標位置に保持した
い場合、従来はロータが目標位置からずれたことが位置
検出手段によって検出されると固定子の各コイルに通電
し、ロータが目標位置に戻るように補正を行っていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記で
はロータを高精度で目標位置に停止させることが困難で
あるという問題がある。すなわち、ロータの停止状態に
おける位置精度を向上させるためには、ロータの僅かな
回転を検出可能な分解能の高いロータリーエンコーダを
用いると共に、ロータに外力が加わることによりロータ
リーエンコーダによって検出されたロータの位置と目標
位置とに偏差が生じた場合に、その偏差が僅かであって
も補正を行うために、コイルに流す電流値が比較的大き
な値となるようにゲインを設定する必要がある。

【０００５】しかし、分解能の高いロータリーエンコー
ダは高価であり、また大きなゲインを設定すると、ロー
タが目標位置で静止せず目標位置を中心として振動的に
回動する、所謂発振現象が発生し、停止状態におけるロ
ータの安定度が低いという問題がある。またコスト低減
を目的として、分解能の低いロータリーエンコーダを用
いた場合、分解能の高いロータリーエンコーダを用いた
ときと同一の応答速度を得るためには更に大きなゲイン
を設定する必要があるが、これにより前述の発振現象が
顕著に現れ、停止状態におけるロータの安定度が非常に
低くなるので、実質的にロボットアームのアクチュエー
タ等として用いることはできない。

【０００６】本発明は上記事実を考慮し、同期モータの
マグネットロータを目標位置に高い安定度で停止させる
ことができる同期モータの駆動装置を得ることを第１の
目的とする。

【０００７】また本発明は、マグネットロータが目標位
置に停止している状態から外力により回転された場合
に、発振現象を生じさせにくくかつ短時間でマグネット
ロータを目標位置に戻すことができる同期モータの駆動
装置を得ることを第２の目的とする。

【０００８】

【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記載の発明に係る同期モータの駆動装置は、
回転可能に配置されたマグネットロータと、複数相のコ
イルを備え前記マグネットロータの外周に配置された固
定子と、を備えた同期モータを駆動する同期モータの駆
動装置であって、前記マグネットロータの位置を検出す
る位置検出手段と、指示された目標位置までマグネット
ロータが回転するように前記位置検出手段によって検出
されたマグネットロータの位置に基づいて固定子に回転
磁界を発生させると共に、マグネットロータが前記目標
位置まで回転した後は、マグネットロータが目標位置に
保持されるように前記目標位置におけるマグネットロー
タの磁束の方向と逆方向の磁界を固定子に発生させる制
御手段と、を含んで構成している。

【０００９】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、制御手段が、マグネットロータを目標位置
に保持している状態で位置検出手段によって検出された
マグネットロータの位置が目標位置からずれた場合に
は、マグネットロータが目標位置に戻るように固定子に
回転磁界を発生させる、ことを特徴としている。

【００１０】請求項３記載の発明は、請求項１又は請求
項２記載の発明において、制御手段が、所定の事象に応
じてマグネットロータの回転速度の目標値を定め、定め
た回転速度の目標値に応じた回転磁界を固定子に発生さ
せる、ことを特徴としている。

【００１１】請求項４記載の発明は、請求項３記載の発
明において、所定の事象がマグネットロータの現在位置
と指示された目標位置との偏差であり、制御手段は前記
偏差が小さくなるに従ってマグネットロータの回転速度
が小さくなるように回転速度の目標値を定める、ことを
特徴としている。

【００１２】請求項５記載の発明は、請求項３記載の発
明において、所定の事象が回転速度の指示であり、制御
手段は前記指示された回転速度を回転速度の目標値とす
る、ことを特徴としている。

【００１３】

【作用】請求項１記載の発明では、位置検出手段によっ
て同期モータのマグネットロータの位置が検出される。
なお、位置検出手段としてはロータリーエンコーダ等を
適用することができる。一方、制御手段では、指示され
た目標位置までマグネットロータが回転するように、位
置検出手段によって検出されるマグネットロータの位置
に基づいて固定子に回転磁界を発生させる。なお、ここ
でいう回転磁界とは、見かけ上回転するように固定子に
発生されマグネットロータに回転力を生じさせる磁界の
ことである。

【００１４】また、マグネットロータが目標位置まで回
転した後は、マグネットロータが目標位置で保持される
ように目標位置におけるマグネットロータの磁束の方向
と逆方向の磁界を固定子に発生させる。上記により、マ
グネットロータが目標位置まで回転した後は、マグネッ
トロータの回転を阻止しようとする保持トルクがマグネ
ットロータに加わるので、多少の外力が加わってもマグ
ネットロータは回転されることなく目標位置に静止状態
で保持される。従って、同期モータのマグネットロータ
を目標位置に高い安定度で停止させることができる。

【００１５】なお、請求項１の発明において、マグネッ
トロータを目標位置に保持している状態であっても、マ
グネットロータに加わっている保持トルクを上回る大き
な外力がマグネットロータに加わった等の場合には、保
持トルクに抗してマグネットロータが回転されて目標位
置からずれることがある。これを考慮すると、請求項２
にも記載したように、制御手段は、目標位置にマグネッ
トロータを保持している状態で位置検出手段によって検
出されたマグネットロータの位置が目標位置からずれた
場合に、マグネットロータが目標位置に戻るように固定
子に回転磁界を発生させることが好ましい。

【００１６】上記のように保持トルクを上回る大きな外
力がマグネットロータに加わった場合にも、保持トルク
によって外力が減少されるのでマグネットロータの目標
位置からのずれ量は小さく、かつマグネットロータが目
標位置に戻るようにずれが補正されるので、マグネット
ロータの停止状態での安定度が更に向上する。また、マ
グネットロータが目標位置に戻ると、目標位置における
マグネットロータの磁束の方向と逆方向の磁界が固定子
に再び発生されてマグネットロータに保持トルクが加わ
るので、位置検出の分解能が比較的低い位置検出手段を
用いると共に、マグネットロータを目標位置に戻す際に
固定子のコイルに流れる電流値が比較的大きくなるよう
にゲインを設定したとしても発振現象が生じにくい。

【００１７】従って、マグネットロータが目標位置に停
止している状態から外力により回転された場合に、発振
現象を生じさせにくくかつ短時間でマグネットロータを
目標位置に戻すことができる。また、位置検出の分解能
が比較的低い、低コストの位置検出手段を用いることが
できるので、本発明に係る同期モータの駆動装置のコス
トを低減することも可能となる。

【００１８】また制御手段は、請求項３にも記載したよ
うに、所定の事象に応じてマグネットロータの回転速度
の目標値を定め、定めた回転速度の目標値に応じた強さ
の回転磁界を固定子に発生させることができる。この所
定の事象としては、例えば請求項４にも記載したよう
に、マグネットロータの現在位置と指示された目標位置
との偏差を用いることができる。この場合、制御手段は
前記偏差が小さくなるに従ってマグネットロータの回転
速度が小さくなるように制御することが好ましい。

【００１９】これにより、前記偏差が小さいときにはマ
グネットロータの回転速度が低くされるので、マグネッ
トロータが目標位置を越えて回転することにより発振現
象等の不具合が発生することが減少されると共に、前記
偏差が大きいときにはマグネットロータは高速で回転さ
れるので、前記発振現象等の不具合の発生を減少させる
ために目標位置に到達するまでの時間が必要以上に長く
なることもない。従って、マグネットロータが目標位置
に停止している状態から外力により回転された場合に、
発振現象を生じさせにくくかつ更に短時間でマグネット
ロータを目標位置に戻すことができる。

【００２０】なお、所定の事象は上記に限定されるもの
ではなく、例えば請求項５に記載したように、所定の事
象を回転速度の指示とし、制御手段では指示された回転
速度を回転速度の目標値とするようにしてもよい。

【００２１】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。なお、以下では本発明に支障のない数値を
用いて説明するが、本発明は以下に挙げた数値に限定さ
れるものではない。

【００２２】図１には本実施例に係るマニピュレータ５
０及びマニピュレータ制御装置５２が示されている。マ
ニピュレータ５０は、一端部がピンを介して基部５４に
回動可能に軸支された第１アーム５６を備えている。基
部５４には本発明の同期モータとしての永久磁石同期型
のブラシレスモータ（以下、単にブラシレスモータとい
う）５８Ａが連結されたギアボックス（図示省略）を内
蔵しており、ギアボックスを介してブラシレスモータ５
８Ａの駆動力が伝達されることにより、第１アーム５６
は基部５４に対し図１矢印Ａ方向、又はその反対方向に
回動される。

【００２３】また、第１アーム５６の他端部はピンを介
して第２アーム６０の一端部を回動可能に軸支してい
る。第１アーム５６の他端部には本発明の同期モータと
してのブラシレスモータ５８Ｂが連結されたギアボック
ス６４が取付けられており、ギアボックス６４を介して
ブラシレスモータ５８Ｂの駆動力が伝達されることによ
り、第２アーム６０は第１アーム５６に対し図１矢印Ｂ
方向、又はその反対方向に回動される。

【００２４】また第２アーム６０の他端部は、ハンドと
しての一対の把持部材６６、６８をピンを介して軸支し
ている。第２アーム６０の他端部には同期モータとして
のブラシレスモータ５８Ｃが連結されたギアボックス７
２が取付けられており、ギアボックス７２を介してブラ
シレスモータ５８Ｃの駆動力が伝達されることにより、
一対の把持部材６６、６８は各々回動され先端部の間隔
が変化される。これにより、把持部材６６、６８の間で
図示しないワークの把持、把持の解除を行うことができ
る。

【００２５】またブラシレスモータ５８Ａ、５８Ｂ、５
８Ｃは各々同一構成とされている。以下では図２を参照
し、ブラシレスモータ５８Ａを例に説明する。なお、図
２に示したブラシレスモータ５８Ａは、界磁回転形で３
相の駆動コイルを備えた永久磁石同期モータである。

【００２６】図２に示すように、ブラシレスモータ５８
ＡはＳ極及びＮ極の両磁極を有する円柱状のマグネット
１４を備えている。マグネット１４は回転可能に軸支さ
れた図示しないシャフトに取付けられており、このマグ
ネット１４とシャフトとによってロータが構成されてい
る。ロータの外周にはコア１６が配設されている。図２
にも示すように、コア１６は円筒状とされており、内周
面にはロータのマグネット１４へ向けて突出するように
６個のティース１８、２０、２２、２４、２６、２８が
形成されている。各ティースはマグネット１４に対向す
る部分が幅広とされ、断面が略Ｔ字状とされている。

【００２７】また、コア１６には３相の駆動コイル３
０、３２、３４が巻き込まれている。駆動コイル３０
は、ティース１８とティース２０との間隙３６と、マグ
ネット１４を挟んで前記間隙３６に対向する間隙３８
と、を各々通過するように配設されている。駆動コイル
３２は、ティース２２とティース２４との間隙４０と、
マグネット１４を挟んで前記間隙４０に対向する間隙４
２と、を各々通過するように配設されている。更に駆動
コイル３４は、ティース２６とティース２８との間隙４
４と、マグネット１４を挟んで前記間隙４４に対向する
間隙４６と、を各々通過するように配設されている。

【００２８】上記の駆動コイル３０、３２、３４及びコ
ア１６は、ブラシレスモータ５８Ａの固定子を構成して
いる。図３に示すように、駆動コイル３０、３２、３４
は各々の一端が接続点４８で互いに接続されている（所
謂スター結線）。なお、本実施例では、駆動コイル３
０、３２、３４を便宜的に各々Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相と称す
る。

【００２９】一方、図１に示すようにブラシレスモータ
５８Ａ〜５８Ｃの各々は、マニピュレータ制御装置５２
の一部を構成するモータ駆動回路７４Ａ、７４Ｂ、７４
Ｃに接続されており、モータ駆動回路７４Ａ〜７４Ｃは
各々メインコントローラ８０に接続されている。モータ
駆動回路７４Ａ〜７４Ｃも各々同一構成であるので、図
４を参照してブラシレスモータ５８Ａに接続されたモー
タ駆動回路７４Ａを例に説明する。

【００３０】モータ駆動回路７４Ａはマイクロプロセッ
サ８２を含んで構成されている。マイクロプロセッサ８
２はＣＰＵ８２Ａ、ＲＯＭ８２Ｂ、ＲＡＭ８２Ｃ及び入
出力ポート８２Ｄを備えており、これらが互いにバス８
２Ｅを介して接続されて構成されている。ＲＯＭ８２Ｂ
には、一例として図５に示すように、ブラシレスモータ
５８のロータの回転角とブラシレスモータ５８を駆動す
るためにＵ、Ｖ、Ｗの各相の駆動コイルに流す電流の比
率との関係を表すブラシレスモータ５８の駆動パターン
が予め記憶されている。

【００３１】マイクロプロセッサ８２の入出力ポート８
２Ｄには前述のメインコントローラが接続されている。
また入出力ポート８２Ｄには駆動電流発生回路８６の信
号入力端が接続されている。駆動電流発生回路８６の３
個の出力端は、ブラシレスモータ５８Ａの駆動コイル３
０、３２、３４（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に各々接続されて
いる。駆動電流発生回路８６とブラシレスモータ５８Ａ
のＶ相及びＷ相とを接続する２本の接続線には、各々接
続線を流れる電流を検出する電流センサ８８Ａ、８８Ｂ
が取付けられている。電流センサ８８Ａ、８８Ｂは各々
入出力ポート８２Ｄに接続されている。

【００３２】また、ブラシレスモータ５８Ａのロータに
は、本発明の位置検出手段としてのロータリーエンコー
ダ９０が連結されている。ロータリーエンコーダ９０の
信号出力端は入出力ポート８２Ｄに接続されている。本
実施例ではロータリーエンコーダ９０として、ブラシレ
スモータ５８Ａのロータの絶対位置を検出できる所謂ア
ブソリュート型で、かつロータの位置を1000分の１回転
の分解能で検出（1000パルス／１回転）できるロータリ
ーエンコーダを用いている。従って、ロータリーエンコ
ーダ９０は検出したブラシレスモータ５８Ａのロータの
位置を(0) 〜 (999)の数値で表し、該数値に対応する信
号をマイクロプロセッサ８２に出力する。なお、ロータ
リーエンコーダ９０はロータが時計方向に回転するとカ
ウント値が増加し、ロータが反時計方向に回転するとカ
ウント値が減少するようになっている。

【００３３】また図示は省略するが、メインコントロー
ラ８０もマイクロプロセッサ等を含んで構成されてい
る。図１に示すように、メインコントローラ８０には、
オペレータが各種のコマンドやデータ等を入力するため
のキーボード９２、及びマニピューレータ５０の状態や
入力されたコマンド等を表示するためのＣＲＴ９４が接
続されている。

【００３４】次に本実施例の作用を説明する。モータ駆
動回路７４Ａ〜７４Ｃは、電源が投入されると、図６の
フローチャートに示された処理を実行する。図６に示す
メインルーチンにおいて、ステップ１００〜１０４では
初期設定が行われる。すなわち、ステップ１００ではメ
モリ上に設けられた「指令カウント値」及び「実移動カ
ウント値」のエリアを０にする。ステップ１０２ではロ
ータリーエンコーダ９０から出力されるブラシレスモー
タのロータの位置を表すカウント値を取込み、次のステ
ップ１０４ではメモリ上に設けられた「前回カウント
値」のエリアに前記取り込んだカウント値を設定する。

【００３５】次のステップ１０６ではメインコントロー
ラ８０からブラシレスモータの駆動指令が入力されたか
否か判定する。前述の駆動指令が入力されていない間は
この判定は否定され、ステップ１０８で所定時間（例え
ば数ミリ秒）経過したか否か判定される。なお、この判
定は電源投入時には無条件で肯定され、ステップ１１４
で駆動制御処理が行われる。

【００３６】この駆動制御処理について、図７のフロー
チャートを参照して詳細に説明すると、ステップ１２０
ではロータリーエンコーダ９０から出力されたカウント
値を取込み、次のステップ１２２では、次の（１）式に
従って「実移動カウント値」を演算する。

【００３７】 実移動カウント値←前回の実移動カウント値＋ （エンコーダカウント値−前回カウント値）…（１） なお、電源投入直後の状態では、前回の実移動カウント
値として、前述のように「実移動カウント値」が０とさ
れており、かつブラシレスモータを駆動していないので
「エンコーダカウント値」と「前回カウント値」とが等
しく、上記で演算される「実移動カウント値」は０とな
る。ステップ１２４では「エンコーダカウント値」を
「前回カウント値」に代入し、次のステップ１２６では
（２）式に従って「角度偏差」を演算し、次のステップ
１２８では（３）式に従って「指示速度」を演算する。

【００３８】 角度偏差←指令カウント値−実移動カウント値 …（２） 指示速度←角度偏差×Ｋ_P …（３） 但し、Ｋ_P ：定数 前述のように「実移動カウント値」は０であり、かつ
「指令カウント値」はステップ１００で０とされている
ので、上記で演算される「角度偏差」及び「指示速度」
も０となる。

【００３９】次のステップ１３０では上記で演算された
「角度偏差」の値を判定し、「角度偏差」の値に応じて
処理が進む。この場合は「角度偏差」が０であるのでス
テップ１３２へ分岐する。ステップ１３２では「エンコ
ーダカウント値」に基づいてブラシレスモータのロータ
の現在位置を判断し、駆動パターン（図５参照）上でロ
ータの現在位置に対応するポイントを通電ポイントと
し、該通電ポイントにおける各相の電流比を取り込む。
このロータの現在位置に対応するポイントは、ロータを
現在位置に保持（保持通電）するポイントであり、例え
ばロータの現在位置が90°であった場合、各相の電流比
としてＵ相が100 ％、Ｖ相及びＷ相が25％という値が取
り込まれる。

【００４０】次のステップ１３８では「指示速度」及び
通電ポイントに応じてＵ、Ｖ、Ｗの各相に供給する電流
のデューティー比を決定する。このときは保持通電であ
るので、ブラシレスモータを駆動する際のデューティー
比と比較して、各相とも全体的に低い電流値（一例とし
て駆動時の電流値を 100％とすると20〜30％）となるよ
うにデューティー比が設定される。ステップ１４０では
上記で決定したデューティー比を駆動電流発生回路８６
に指示する。これにより、駆動電流発生回路８６では指
示されたデューティー比で各相に供給する電流を発生
し、駆動電流発生回路８６で発生された電流がＵ、Ｖ、
Ｗの各相に供給される。

【００４１】これにより、例えばロータの現在位置が90
°（図８（Ｂ）に示す位置）であった場合には、図８
（Ａ）に示すようにＵ相から接続点４８を介してＶ相及
びＷ相へ電流が流れ、図８（Ｂ）に示すように間隙３６
側をＮ極、間隙３８側をＳ極とする磁界、すなわちロー
タのマグネット１４の磁束の方向と逆方向の磁界が発生
する。これによりマグネット１４に保持トルクが加わ
り、ロータのマグネット１４は図８（Ｂ）に示す位置に
保持される。ステップ１４０を実行した後は図６のフロ
ーチャートのステップ１０６に戻る。従って、モータ駆
動回路の電源が投入されると、メインコントーラ８０か
ら駆動指令が入力されるまでの間は所定時間毎に駆動制
御処理が実行され、ブラシレスモータ５８Ａ〜５８Ｃの
各々に対して上述の保持通電が継続して行われることに
なる。

【００４２】一方、マニピュレータ５０に所定の動作を
行わせたい場合、オペレータはキーボード９２を介して
前記所定の動作に対応するコマンドを入力する。メイン
コントローラ８０ではコマンドが入力されると、コマン
ドの内容を解釈してコマンドの内容に対応するマニピュ
レータ５０の姿勢（より詳しくはマニピュレータ５０の
各関節の角度）を判断し、ブラシレスモータ５８Ａ〜５
８Ｃの各々のロータの目標位置として、各関節の角度を
前記判断した角度とするための各ブラシレスモータのロ
ータの回転角度（指令角度）を演算し、演算した指令角
度を駆動指令としてモータ駆動回路７４Ａ〜７４Ｃへ出
力する。

【００４３】なお、この指令角度の符号は、本実施例で
は時計方向を正、反時計方向を負としており、例えばブ
ラシレスモータのロータを時計方向に30°回転させたい
場合には指令角度＝＋30°、反時計方向に 540°（１回
転半）回転させたい場合には指令角度＝−540 °と設定
される。

【００４４】これによりステップ１０６の判定が肯定さ
れ、ステップ１１０へ移行する。ステップ１１０では、
駆動指令として入力された指示角度を、次の（４）式に
従って「指令カウント値」に換算する。

【００４５】 指令カウント値←指令角度×α …（４） なお、αはロータが１°回転したときのロータリーエン
コーダ９０のカウント数である。本実施例ではロータリ
ーエンコーダ９０の分解能が1000パルス／１回転である
ので、上記αは、

【００４６】

【数１】

【００４７】となる。例えば、指令角度が＋10°（時計
方向に10°回転）であった場合には、「指令カウント
値」は＋２８となる。次のステップ１１２では「実移動
カウント値」を０にして、ステップ１１４の駆動制御処
理を行う。これにより、前記と同様にしてステップ１２
０〜ステップ１２６で「実移動カウント値」「前回カウ
ント値」「角度偏差」が演算されるが、このときには
「指令カウント値」≠０であるので、「角度偏差」≠０
となり、ステップ１２８で演算される「指示速度」は
「角度偏差」、すなわちロータの現在位置と指令角度が
表す目標位置との差に正比例した値となる。

【００４８】「角度偏差」≠０になると、ステップ１３
０では「角度偏差」の符号に基づいてステップ１３４又
は１３６に分岐する。「角度偏差」の符号が正であれば
ステップ１３４に分岐し、ロータを時計方向に回転させ
る必要があるので、ステップ１３４でブラシレスモータ
のロータの現在位置を判断し、駆動パターン（図５参
照）上でロータの現在位置から90°進んだポイントを通
電ポイントとし、該通電ポイントにおける各相の電流比
を取り込む。このロータの現在位置から90°進んだポイ
ントは、ロータを時計方向に回転させるポイントであ
り、例えばロータの現在位置が 180°であった場合、通
電ポイントはロータの現在位置から90°進んだ 270°と
なり、各相の電流比としてＵ相が０％、Ｖ相及びＷ相が
75％という値が取り込まれる。

【００４９】また、「角度偏差」の符号が負であればス
テップ１３６に分岐し、ロータを半時計方向に回転させ
る必要があるので、駆動パターン（図５参照）上でロー
タの現在位置から90°遅れたポイント（例えばロータの
現在位置が90°であれば90°遅れた０°のポイント）を
通電ポイントとし、該通電ポイントにおける各相の電流
比を取り込む。

【００５０】ステップ１３４又は１３６の処理を行った
後はステップ１３８へ移行してＵ、Ｖ、Ｗの各相に供給
する電流のデューティー比を決定するが、このときは
「指示速度」≠０であるので、指示速度に応じて保持通
電と比較して各相とも全体的に高い電流値となるように
デューティー比が設定されると共に、前述の通電ポイン
ト及び電流センサ８８Ａ、８８Ｂによって検出された各
相を流れる電流値に基づいて、各相のデューティー比が
決定される。なお、電流センサが取付けられていないＵ
相の電流値は、Ｕ、Ｖ、Ｗの各相を流れる電流Ｉ_U 、Ｉ
_V 、Ｉ_W についての関係式Ｉ_U ＋Ｉ_V ＋Ｉ_W ＝０に基づ
いて演算により求められる。決定されたデューティー比
が次のステップ１４０で駆動電流発生回路８６に指示さ
れることにより、駆動電流発生回路８６では指示された
デューティー比で各相に供給する電流を発生し、駆動電
流発生回路８６で発生された電流がＵ、Ｖ、Ｗの各相に
供給される。

【００５１】これにより、例えばロータの現在位置が 1
80°（図９（Ｂ）に示す位置）で、かつ指示された回転
方向が時計方向であった場合には、ロータの現在位置か
ら90°進んだ 270°のポイントを通電ポイントとし、該
通電ポイントにおける各相の電流比に従って、図９
（Ａ）に示すようにＶ相及びＷ相から接続点４８を介し
てＵ相へ電流が流れ（矢印の大きさは電流の大きさを表
す）、図９（Ｂ）に示すように間隙３６側をＳ極、間隙
３８側をＮ極とする磁界、すなわちロータのマグネット
１４の磁束の方向と直交する方向の磁界が発生する。こ
れによりロータのマグネット１４は矢印Ｃに示すように
時計方向に回転される。

【００５２】また、例えばロータの現在位置が 180°で
かつ指示された回転方向が反時計方向であった場合に
は、ロータの現在位置から90°遅れた90°のポイントを
通電ポイントとし、該通電ポイントにおける各相の電流
比に従って、図１０（Ａ）に示すようにＵ相から接続点
４８を介してＶ相及びＷ相へ電流が流れ、図１０（Ｂ）
に示すように間隙３６側をＮ極、間隙３８側をＳ極とす
る磁界、すなわちロータのマグネット１４の磁束の方向
と直交する方向の磁界が発生する。これによりロータの
マグネット１４は矢印Ｄに示すように反時計方向に回転
される。

【００５３】前述のように、駆動制御処理は所定時間毎
に実行され、「角度偏差」が０になるまでの間はステッ
プ１３４又はステップ１３６の処理が繰り返し実行され
るので、ロータの現在位置に対して常に90°進んだ、又
は90°遅れたポイントを通電ポイントとして通電が行わ
れる。これにより、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各コイルを流れ
る電流は、図４に示す正弦波形の交流電流（位相が 120
°ずつずれた３相の交流電流）が供給された場合と等し
く変化し、固定子には指示された方向に回転する回転磁
界が発生する。

【００５４】従って、ブラシレスモータのロータは駆動
指令として入力された指令角度が表す目標位置へ向けて
回転されることになる。この間、「実移動カウント値」
はロータの回転に応じてカウントアップされる。「実移
動カウント値」は駆動指令が入力された時点で０とさ
れ、かつアブソリュート型のエンコーダ９０のカウント
値に基づいて値がカウントアップされるので、駆動指令
が入力された時点からのロータの回転量を表しており、
例えばロータが時計方向に 100°回転すると 100パルス
発生するエンコーダを用いた場合、駆動指令が入力され
た時点からロータが時計方向に 270°回転すると「実移
動カウント値」は 270となる。また、（３）式より明ら
かなように、「指示速度」は「角度偏差」に正比例する
ので、駆動指令が入力されたときには、ロータの位置と
指示された目標位置との差に応じた速度でロータが回転
され、ロータの現在位置と目標位置との差（角度偏差）
が小さくなるに従ってロータの回転速度は低くされるこ
とになる。

【００５５】ブラシレスモータのロータが目標位置に到
達して「角度偏差」が０になると、ステップ１３２の処
理が再び実行され、ロータの現在位置（＝目標位置）に
対応するポイントを通電ポイントとし、ロータのマグネ
ット１４の磁束の方向と逆方向の磁界を発生させる保持
通電が行われる。これにより、ロータを目標位置に保持
する保持トルクがロータのマグネット１４に加わるの
で、ロータは目標位置に静止すると共に、ロータを回転
させようとする外力が加わった場合にも、ロータはこの
外力によって不用意に回転されることなく保持される。

【００５６】また、ロータが目標位置に停止している状
態で、前記保持トルクを上回ってロータを回転させよう
とする大きな外力が加わった場合、前記保持トルクに抗
してロータが回転されることがある。この場合には、ス
テップ１２０で取り込んだロータリーエンコーダ９０の
カウント値が前回と異なる値になるので、「実移動カウ
ント値」が「指令カウント値」と一致しなくなり、「角
度偏差」≠０となる。これにより、ステップ１３０から
処理はステップ１３４又はステップ１３６へ分岐し、
「角度偏差」が０、すなわちロータが目標位置に戻るよ
うに、外力によるロータの回転方向と逆の方向にロータ
を回転させる。

【００５７】この場合にも、ロータが目標位置に戻ると
ステップ１３２の処理が再び実行され、前記と同様に保
持通電が行われてロータのマグネット１４に保持トルク
が加わるので、ロータが目標位置を越えて回転されるこ
とが阻止され、ロータが目標位置を中心として振動的に
回動する発振現象が発生することが防止される。

【００５８】また、新たに駆動指示が入力された場合に
は、ロータが目標位置に停止している場合のみならず、
ロータを目標位置に回転させている途中であっても、図
６のフローチャートのステップ１１０、１１２で「指令
カウント値」及び「実移動カウント値」が更新され、指
示された新たな目標位置へ向けてロータが回転するよう
にブラシレスモータが駆動される。

【００５９】一方、メインコントローラ８０は、入力さ
れたコマンドの内容やマニピュレータ５０が取り扱うワ
ークの重量（各モータに加わる負荷）等に基づいて、マ
ニピュレータ５０の各部の適切な移動速度を判断し、判
断した移動速度に応じてモータ駆動回路７４への駆動指
示の内容を変更する。例えば、ブラシレスモータ５８Ａ
のロータを時計方向に 300°回転させて第１アーム５６
を回動させる際に、第１アーム５６の回動速度を低速と
したい場合には、駆動指示を複数回に分けて出力（例え
ば時計方向に30°回転させる指示を１０回出力）する。
この場合はロータが最終的な目標位置に到達する迄の間
の「角度偏差」は常に30°以下となるので、ブラシレス
モータ５８Ａのロータは低速で回転され、第１アーム５
６も低速で回動される。一方、第１アーム５６の回動速
度を高速としたい場合には、例えば時計方向に 300°回
転させる指示を１回出力する。これにより、ブラシレス
モータ５８Ａのロータは高速で回転され、第１アーム５
６も高速で回転されることになる。

【００６０】なお、上記では所定の事象をロータの位置
と目標位置との差（角度偏差）とし、角度偏差が小さく
なるに従ってロータの回転速度を低くする場合を例に説
明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、駆
動指示が入力されたときの角度偏差に応じた一定速度で
ロータを回転させるようにしてもよいし、所定の事象を
回転速度の指示とし、オペレータによって決定されメイ
ンコントローラ８０を介して指示された回転速度を回転
速度の目標値とし、該目標値に応じて各モータを駆動す
るようにしてもよい。また、メインコントローラ８０で
は入力されたコマンドの内容やワークの重量等に基づい
て各モータのロータの回転速度を判断して指示し、モー
タ駆動回路７４では指示された回転速度を回転速度の目
標値としてロータを回転させるようにしてもよい。

【００６１】また、上記では角度偏差の変化に対して正
比例するように指示速度を変化させる場合を例に説明し
たが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば
角度偏差の変化に対し指示速度を段階的に、或いは指数
関数的に変化させるようにしてもよい。

【００６２】また、本発明に係る同期モータによって駆
動される被駆動体（本実施例ではマニピュレータ５０の
アーム及び把持部材）の位置を所定の事象とし、前記位
置に応じて回転速度を変更するようにしてもよい。例え
ば、アームが回動限度位置に近づいたときに、或いは把
持部材がワークに接触して把持する位置に近づいたとき
にモータの回転速度を低くするようにしてもよい。

【００６３】更に、上記では本発明に係る同期モータを
マニピュレータ５０の駆動用として用いた場合を例に説
明したが、これに限定されるものではなく、例えば各種
の車両用アクチュエータとして適用できることは言うま
でもなく、一例としては上述した同期モータを自動車等
の車両のステアリング駆動用、より詳しくは車両のステ
アリングを同期モータにより駆動して自動的に操舵を行
う自動操舵装置に適用することができる。この場合に
は、車両が通行する道路のカーブの半径、車両速度、道
路上の障害物の有無及び位置等を所定の事象として入力
し、これら所定の事象に応じて操舵角（指令角度）及び
操舵速度（指示速度）を決定し、同期モータの駆動を制
御することができる。

【００６４】また、上記では本発明の位置検出手段とし
て、ロータの位置を1000分の１回転の分解能で検出（10
00パルス／１回転）できるロータリーエンコーダ９０を
適用した場合を例に説明したが、これに限定されるもの
ではなく、ホール素子等の従来より周知の各種の位置検
出センサを用いることが可能である。但し、本発明では
目標位置に対するロータの停止位置の精度は位置検出手
段の分解能に依存するので、ロータの位置を所定値以上
の分解能、例えば少なくとも 360分の１回転の分解能(3
60パルス／１回転＝１パルス／°）で検出できる位置検
出センサを用いることが好ましい。

【００６５】更に、上記では本発明に係る同期モータと
して、永久磁石同期型ブラシレスモータ５８（図２）を
例に説明したが、本発明を適用可能なモータは図２に示
した構成に限定されるものではなく、回転可能に配置さ
れたマグネットロータと、複数相のコイルを備え前記マ
グネットロータの外周に配置された固定子と、を備えた
モータであれば適用することが可能である。

【００６６】以上、本発明の実施例について説明した
が、上記実施例は以下に記載する技術的事項を含むもの
である。

【００６７】（１）マグネットロータの磁極と固定子側
の界磁極とが同方向となるように固定子へ通電する際の
電流を所定値以下とする。

【００６８】上記構成（１）とすれば、マグネットロー
タの位置を保持しているときに固定子を流れる電流値を
マグネットロータの回転駆動に要する電流値よりも小さ
い所定値としているので、固定子からの発熱を抑制でき
ると共に、同期モータの消費電力を抑制することができ
る、という効果が得られる。

【００６９】（２）また、マグネットロータの磁束の方
向と逆方向の磁界を固定子に発生させるために固定子の
各コイルに供給すべき電流を表す情報をマグネットロー
タの各位置と対応させて記憶した記憶手段を更に備え、
制御手段はマグネットロータが目標位置まで回転した後
に、前記記憶手段に記憶されている情報に基づいて、前
記目標位置に位置しているマグネットロータの磁束の方
向と逆方向の磁界を固定子に発生させる。

【００７０】上記構成（２）とすれば、マグネットロー
タを任意の位置に移動させ、該位置で保持することがで
きる。

【００７１】

【発明の効果】以上説明したように請求項１記載の発明
は、位置検出手段によって同期モータのマグネットロー
タの位置を検出し、制御手段では、指示された目標位置
までマグネットロータが回転するようにマグネットロー
タの位置に基づいて固定子に回転磁界を発生させ、マグ
ネットロータが目標位置まで回転した後は、マグネット
ロータが目標位置で保持されるように目標位置における
マグネットロータの磁束の方向と逆方向の磁界を固定子
に発生させるようにしたので、同期モータのマグネット
ロータを現在の位置から目標位置に高い安定度で停止さ
せることができる、という優れた効果が得られる。

【００７２】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、制御手段は、目標位置にマグネットロータ
を保持している状態で位置検出手段によって検出された
マグネットロータの位置が目標位置からずれた場合に、
マグネットロータが目標位置に戻るように固定子に回転
磁界を発生させるようにしたので、上記効果に加え、マ
グネットロータが目標位置に停止している状態から外力
により回転された場合に、発振現象を生じさせにくくか
つ短時間でマグネットロータを目標位置に戻すことがで
きる、という効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例に係るマニピュレータ及びマニピュレ
ータ制御装置の概略構成図である。

【図２】本実施例に係るブラシレスモータの概略構成図
である。

【図３】ブラシレスモータの３相の駆動コイルの結線状
態を示す回路図である。

【図４】モータ駆動回路の概略構成図である。

【図５】ＲＯＭに記憶されたブラシレスモータの駆動パ
ターンの内容を説明する線図である。

【図６】モータ駆動回路のマイクロプロセッサで実行さ
れるメインルーチンを示すフローチャートである。

【図７】モータ駆動回路で実行される駆動制御処理を示
すフローチャートである。

【図８】ロータ位置が90°で保持通電を行っている際
の、（Ａ）は駆動コイルを流れる電流を示す回路図、
（Ｂ）は固定子に発生する磁界を示す概念図である。

【図９】ロータ位置が 180°で時計方向に駆動する際
の、（Ａ）は駆動コイルを流れる電流を示す回路図、
（Ｂ）は固定子に発生する磁界を示す概念図である。

【図１０】ロータ位置が 180°で反時計方向に駆動する
際の、（Ａ）は駆動コイルを流れる電流を示す回路図、
（Ｂ）は固定子に発生する磁界を示す概念図である。

【符号の説明】

１４ マグネット ３０ 駆動コイル ３２ 駆動コイル ３４ 駆動コイル ５８ ブラシレスモータ ７４ モータ駆動回路 ８０ メインコントローラ ９０ ロータリーエンコーダ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転可能に配置されたマグネットロータ
   と、複数相のコイルを備え前記マグネットロータの外周
   に配置された固定子と、を備えた同期モータを駆動する
   同期モータの駆動装置であって、 前記マグネットロータの位置を検出する位置検出手段
   と、 指示された目標位置までマグネットロータが回転するよ
   うに前記位置検出手段によって検出されたマグネットロ
   ータの位置に基づいて固定子に回転磁界を発生させると
   共に、マグネットロータが前記目標位置まで回転した後
   は、マグネットロータが目標位置に保持されるように前
   記目標位置におけるマグネットロータの磁束の方向と逆
   方向の磁界を固定子に発生させる制御手段と、 を含む同期モータの駆動装置。
2. 【請求項２】 前記制御手段は、マグネットロータを前
   記目標位置に保持している状態で前記位置検出手段によ
   って検出されたマグネットロータの位置が目標位置から
   ずれた場合には、マグネットロータが目標位置に戻るよ
   うに固定子に回転磁界を発生させる、 ことを特徴とする請求項１記載の同期モータの駆動装
   置。
3. 【請求項３】 前記制御手段は、所定の事象に応じてマ
   グネットロータの回転速度の目標値を定め、定めた回転
   速度の目標値に応じた回転磁界を固定子に発生させる、 ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の同期モー
   タの駆動装置。
4. 【請求項４】 前記所定の事象はマグネットロータの現
   在位置と指示された目標位置との偏差であり、前記制御
   手段は前記偏差が小さくなるに従ってマグネットロータ
   の回転速度が小さくなるように回転速度の目標値を定め
   る、 ことを特徴とする請求項３記載の同期モータの駆動装
   置。
5. 【請求項５】 前記所定の事象は回転速度の指示であ
   り、前記制御手段は前記指示された回転速度を回転速度
   の目標値とする、 ことを特徴とする請求項３記載の同期モータの駆動装
   置。