JPS60219988A - ブラシレスモ−タ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はブラシレスモータ制御装置に関し、特に、複数
回転に亘ってブ、ラシレスモーク回転了の絶対位置を検
出して制御を行なうブラシレスモータ制御装置に関する
。

し従来技術］ 近年、例えば自動数値制御を（ｊなう工作薇械、いわゆ
るＮＧ工作機やロボット等が広く普及ηるなど、種々の
自動制御が床孔に行なわれるようになっているが、こう
した自動制御が応用した機器においては加工・組立・検
査といったあらゆる工程で制御対象の送りや位置決めの
方法とその精度が常に問題となっている。これに応える
為には、高効率・低コストで、回転速度の制御などその
取扱いが容易な高信頼性の電！ｌ１ｌｌｌｊｌ（以下モ
ータと呼ぶ）と、モータあるいはモータによって駆動さ
れる制御対象の位置や速度を高精度・高信頼性で検出で
きる低コストの検出器が必要である。

制御の容易なモータとしては、その等価インダクタンス
が小さく、又、回転子（以下ロータとも呼ぶ）の慣性が
小さく、更に１〜ルクど回転数との相関の直線性がよ（
、広い範囲に亘って回転数を制御できるといった要求を
満１ことが必要で、最近では直流駆動のコアレスモータ
やブラシレスモータが用いられている。このうちブラシ
レスモータは、その名の通りブラシがなく耐久性・信頼
性に優れ、ノイズの発生源とならないといった特徴をも
つ為、精密な制御を行なう場合、広く利用されている。

但し、ブラシレスである為、固定巻線に流７Ｊ電流によ
って励磁される磁界の方向を、永やる必要があり、ロー
タの位置を検出する検出器を設け、検出されたロータの
位置に応じて励磁電流の方向を切換えるという制御が必
要である。

一方、＄り一対象の位置や速度を検出する検出器として
は種々のものが考案されているが、正転・反転を検出で
きるように２相のクロックを出ツノＦＪるタイプの周知
のインクリメンタル・エンコーダが最も広（用いられて
いる。インクリメンタル・エンコーダはモータの回転に
同期した周期のパルス信号を発生づ−るもので、このパ
ルス数をカウントすればモータの回転量を検出すること
になるが制御対象の移動ｍはモータの回転量に対応して
いるので、結果的には制御対象の移動量を検出したこと
になる。しかしながら、インクリメンタル・エンコーダ
はモータの回転量や制御対象の移動量をあくまで相対的
に、即ちあるｌｔｐ点からのｂ）として検出するにすぎ
ないから、これを用いた内勤制御のシステムでは、電源
投入時等のシステムの立ち上がり時に、一旦モータを予
め定められた方向に送り、リミットスイッチをた１、ｃ
がせる等の方法で原点リセットや終端リミットといつＩ
〔処理を行なった上でしかその位置の制御を行なうこと
はできなかった。このことは停電時にいちいら初期化の
処理をしなければならないことを意味し、制御の安全上
も好ましくなかった。又、インクリメンタル・エンコー
ダの出力パルスをカウントＪる際、出力パルス信号にノ
イズが乗ったり、あるいはインクリメンタル・エンコー
ダを取付けた回転軸の回転数が高く、インクリメンタル
・エンコーダやカウンタの許容応答範囲を一時的にでも
超えてしまった場合には、回復不可０しなカウントミス
を引ぎ起こづこととなってしまい、安全上に問題があっ
た。

更に、ブラシレスモータを用いてサーボｆｌｉｌ制御を
行なう場合を考えてみると、既述したように励磁電流を
切換える為のロータ位置検出器の他にその回転速度を検
出づる回転速度検出子ｆｉ（タコゼネレータ）、位置（
回転ｍ）を検出するインクリメンタル・エンコーダが必
要となり、第１図にその概略構成を図示Ｊる如く、検出
器の構成が複雑になるという問題が存在した。図におい
て、１はブラシレスモータ、２はブラシレスモータ１の
図示しない回転子の位置を検出するホール素子を用いた
ロータ位置検出器、３は回転子の回転数を検出するタコ
ゼネレータ、４はインクリメンタル・］二ンコーダを各
々表わしている。６は上位の制ｍ装置であって、予め定
められた手順に従って図示しない制御対象の目標位置を
指令する。８は位置制御手段であって、上位の制御装置
６によって指令されＩＣ１ｔｉｌＩ１１対象の目標位置
とインクリメンタル・エンコーダ４からのパルス信号が
累積されたカウンタ８ａの出力ににって検出される制御
対象の実位置とを増幅器８ｂに入ノ〕して、ブラシレス
モータ１の目標回転速度を指令するよう構成されている
。１０は速度制御手段であって、位置Ｉ１１　ｍ手段８
から指令される目標回転速度とタコゼネレータ３によっ
て検出されたブラシレスモータ１の回転数（回転速度）
とを増幅器１０ａに入力して、ブラシレスモータ１（−
出力づべき電流値に応じた回転速度小す−信号を励磁電
流切換手段１２に出力づるよう構成されている。励ｊ１
１電流切換手段１２は、ロータ位置検出器２の出力信号
に応じて、速度ａＪす御手段から入力された四転速度Ｉ
＋ＩＪ１１１信号の極性を反転Ｊ−る極性切換回路１２
ａと、ブラシレスモータ１の〇−タ位置に応じて極性の
切換えられた回転速度制御信号を入力してパルス幅変調
（ＰＷＭ）を行ない、電力増幅をした上でブラシレスモ
ータ１に駆動電流を出力する駆動回路１２ｂとからなっ
ている。駆動回路１２ｂは、ブラシレスモータ１への駆
動電流を検出し、フィードバックをかけて、定電流出力
（ブラシレスモータの出力トルク一定ンとなるような制
御も行なっている。

上述の如く構成されたブラシレスモータ制御装置では３
種類の検出器が用いられているが、ロータ回転位置検出
器２はロータの絶対位置を検出するものであり、夕］Ｕ
ネレーク３は回転数をアナログ電圧で検出するものであ
り、インクリメンタル・エンコーダ４は２相のパルスを
出力づるタイプである、といったように、出力の意味も
形式も異なった複数の検出器が必要とされていることが
わかる。

多数の検出器を備えるということはそれだけ装置全体の
信頼性を低下させることになり、単一の検出器としてレ
ゾルバを用いたサーボ制御ｉ　ｉ　−ｔ＞提案・実施さ
れているが、レゾルバを用いた場合、モータの制御量は
位相差として検出されるので、位相同期ループ（Ｐ　ｈ
ａｓｅ　Ｌ　ｏｃｋｅｄ　Ｌ　ｏｏｐ　）によるｉ制御
が前提となり、その制御が複雑化するという問題があっ
た。又、レゾルバの出力を用いた位相同期ループは本来
、速度制御用のものであるからロータの回転位置を検出
する信号やインクリメンタル・エンコーダに５等価な信
号を取り出そうとすると、その構成が著しく複雑となっ
てしまい、高い信頼性を期待できないという問題も存在
した、〔発明の目的１ 本発明は上記の点に鑑みなされたもので、その目的とす
るところは検出器の構成が簡略で、なおかつ高い信頼性
を有するブラシレスモータｆｉＩＩＪ御装置を提供する
ことにある。

［発明の構成］ かかる目的を達成する為になされた本発明の構成は、第
２図に図示する如く、 ブラシレスモータＭ１によって駆動される被駆動物Ｍ２
の位置に対応する駆動位置信号を入力して、該駆動位置
信号と目標位置とに基づいてブラシレスモータＭ１の回
転患を制御する位置制御手段Ｍ３と、 ブラシレスモータＭ１の回転速度に対応づる速度信号を
入力して、該速度信号と目標速度とに塁づいてブラシレ
スモータＭ１を目標回転速度に制御する速度制御手段Ｍ
４と、 ブラシレスモータＭ１の回転子の一回転内の絶対位置に
対応する回転子位置信号を入力して、ブラシレスモータ
Ｍ１の固定子に通電づ−る電流の方向を切換える励磁電
流切換手段Ｍ５と、を備えたブラシレスモータ制御装置
において、ブラシレスモータＭ１の複数回転に亘る回転
子の絶対位置を検出りる絶対位置検出手段Ｍ６と、該検
出された回転子の絶対位置から 前記駆動位置信号を生成して位置制御手段Ｍ３に出力し
、 前記速度信号を生成して速度制御手段Ｍ４に出力し、 前記回転子位置信号を生成して励磁電流切換を備えたこ
とを特徴とするブラシレスモータ制御ｌｌ装置を要旨と
している。

［実施例］ 以下本発明の実施例を図面に基づけ、て詳細に説明する
。

第３図は実施例の概１２１１成を示タブロック図である
。ここでは実施例としてｘ−ｙ−ｚの３軸制御を行なう
ロボットの３軸制罪装置を取り上げる。

図において、２０は３輪金体の位置制御を行なうホスト
コンピュータ、２２はＸ軸用のブラシレスモータ、２４
はブラシレスモータ２２の絶対位置を複数回転に頁って
検出づるアブソリコートエンコーダ、２６はアブソリュ
ートエンコーダ２４の出力を取り込んでサーボアンプ２
８へ励磁電流切換信号ａＸ、回転速度制御仁号ｂｘを出
力づるＸ軸周ブラシレスモータ制御装置を各々表わして
いる。

Ｙ軸、Ｚ軸についても全く同様の構成が各々用意されて
おり、即ち、３２はＹ軸周のブラシレスモータ、３４は
ブラシレスモータ３２の絶対位置を複数回転に亘って検
出するアブソリュートエンコーダ、３６はアブソリュー
トエンコーダ３４の出力を取り込ｌυでサーボアンプ３
８へ励磁電流切換信’ｊａ’１．回転速度制御信号ｂｙ
を出ノ〕するＹ軸周のブラシレスモータ制御装置、４２
はＺ軸周のブラシレスモータ、４４はブラシレスモータ
４２の絶対位置を複数回転に口って検出づるアブソリュ
ーＦ・エンコーダ、４６はアブソリュートエンコーダ４
４の出力を取り込んでサーボアンプ４８へ励磁電流切換
信号ａＺ、回転速度制御仁号ｂｚを出力するＺ軸周のブ
ラシレスモータ制御装置を各々表わしている。各々のブ
ラシレスモータ制御装置２６゜３６．４６はホストコン
ピュータ２ｏとデータをやりとりし、ホストコンピュー
タ２ｏの指令に従つて、各軸出のブラシレスモータ２２
．３２．４２を制御するよう構成されている。

各軸の構成は同一なので、以下は必要に応じてＸ軸の装
置で３軸を代表させて扱うことにする。

次に、実施例のロボットの３軸制御装置を構成する各部
について、アブソリュートエンコーダ２４　（３４，４
４＞、サーボアンプ２８　（３８，４８）、ブラシレス
モータ制御装置２６　（３６，４６）の順に説明する。

第４図ないし第７図を用いて、まずアブソリ」−トエン
コーダ２４を用いた絶対位置検出の原理とアブソリュー
トエンコーダ２４の構造とについて説明する。第４図は
アブソリュートエンコーダ２４の概念的な構成を示して
いるが、アブソリ」−トエンコーダ２４は３つのロータ
リエンコーダＲＥ＋　、ＲＥ２．ＲＥａとこれらのロー
クリエンコーダの回転を伝達する歯車から構成されてい
る。

各ロークリエンコーダＲＥ＋　、ＲＥ２．ＲＥａは１回
転をＮに分割して、図示しない内部のロータの回転位置
を、１回転内の絶対位置で表わづ信号を出力する。第１
のロータリエンコーダＲＥ＋は主軸に連結され、この主
軸の回転を検出するようになっている。検出対象である
回転はこの主軸から与えられる。第１のロークリエンコ
ーダＲＥ＋の回転軸に歯数ｎ−１（ただしｎは任意の整
数ンのギア５１が設けられており、このギア５１が第２
のロータリエンコーダＲＥ２の回転軸に設けられた歯数
ｎのギア５２に噛合っている。更に第２のエンコーダＲ
Ｅｚには歯数ｎ＋１のギア５３が設りられており、この
ギア５３が第３のエンコーダＲＥａの回転軸に設けられ
た歯数ｎのギア５４に噛合っている。

従って、主軸が１回転すると、ＲＥ＋は１回転、ＲＥ２
は（ｎ−１）／ｎ回転、ＲＥａは（ｎ−１）（Ｉ）＋１
　）　／ｎ”回転する。ここで、各エンコーダＲＥ＋　
、ＲＥ２．ＲＥａによって検出した回転位置く１回転内
の絶対位置）を夫々Ｄ＋、Ｄｚ、Ｄ３とすると、主軸が
１回転したときのＤｌの値はＮであり、Ｄ２．０３は次
のようになる。

Ｄ＋　−Ｎ 換言すれば、各エンコーダＲＥ＋〜ＲＥ３の出力Ｄ１〜
Ｄ３は、主軸の擁械的変位（原点からの多回転にわたる
回転変位）に従って夫々所定の周期で変化し、かつ、各
周期に対応する主軸の機械的変位聞く１回転未満もしく
はそれ以上の回転角度）は各エンコーダＲＥ＋　、ＲＥ
２．ＲＥａ間で夫々異なっている。つまり、第１のエン
コーダＲＥ１の１周期に対応する主軸の機械的変位量す
なわち回転角度は２πラジアン（つまり１回転）である
が、第２のエンコーダＲＥ２の１周期に対応する主軸の
機械的変位量づなわち回転角度は２π゛ｘｎ／（ｎ−１
＞ラジアン（つまり（ｎ−１）／ｎ回転）、第３のエン
コーダＲＥ３の１周１ｖＪに対応づる主軸の機械的変位
間すなわち回転角度は２πＸｎ”／　（ｎ　−１＞　（
ｎ　＋１　＞ラジアン（つまり（ｎ　−１）　（ｎ　＋
１　＞／ｎ回転）、である。

つまり、各出力信号Ｄ１〜Ｄ３は常に１周期未満の値を
示すが、各出力信号ＤＩ　、Ｄ２．Ｄａの１周期に対応
づる主軸の機械的変位Ｍ（回転角度）が夫々異なってい
るので、主軸の個々の絶対位置に対応して各出力信号Ｄ
＋　、Ｄｚ、Ｄｓの値は夫々固有の組合せを示す。具体
的には、主軸の回転に１対１で対応している第１のエン
コーダＲＥ＋の出力信号Ｄ１が原点から数えて何回転臼
にあたるか（以下、これをＤｌの周期数と呼ぶ〉が、各
出力信号Ｄ＋　、Ｄ２．ＤＢの値の固有の組合せによっ
て一意に決定される。この決定にあたっては、勿論、単
に信！ＤＩ＋Ｄ２．Ｄ３の現在値のみならず、これらの
各信号Ｄ＋　、Ｄ２．ＤＢに差異を生ぜしめる要因とな
った各信号Ｄ＋　、Ｄ２．Ｄｓの１周期に夫々対応づる
主軸の機械的変位量（もしくはそれらの差異）に関連す
る情報も関与り゛る。

こうして決定した第１の■ンコーダＲＥ＋の出力信号Ｄ
１の周期数と該信号Ｄ１の現在値との組合せにより主軸
の絶対位置が特定できる。

第１のエンコーダＲＥ＋の出力信号Ｄ１の周期数は、各
信号Ｄ＋　、Ｄ２．Ｄａの現在値と、各信号Ｄ＋　、Ｄ
２．Ｄｌｌの１周期に夫々対応する主軸の機械的変位量
に関連する情報（すなわち主軸の機械的連動の各エンコ
ーダＲＥ１〜ＲＥａへの伝達度に関連する情報）とを用
いて、代数的もしくは数学的手法によって決定すること
ができる。そのための演算手法は種々考えられるが、そ
の中でも、演算時間及び演算回路構成の点で最も効率的
な手法を次に示す。ロークリエンコーダＲＥ＋　。

ＲＥ２．ＲＥａが各ロータの１回転をＮ分割して絶対位
置を検出することができ、各ロータリエンコーダＲＥ＋
　、ＲＥ２．ＲＥａを互いに連結する歯車の歯数が各々
ｎ−ｉ、　ｎ　、　ｎ　＋１・であることから、ブラシ
レスモータの主軸の１回転、即ちロークリエンコーダＲ
Ｅ＋の１回転当りのＩＤ１−Ｄ２１の変化分はＮ／ｎと
なる。従って、ロークリエンコーダＲＥ＋の出力信号Ｄ
１とロータリエンコーダＲＥ２の出力信号Ｄ２との差を
偏差値ＤＩ　２　（Ｄ＋　ｚ−Ｄ＋　−Ｄ２　）、原点
から数えたコー軸の周期数（回転数）をＲＸとすると、
Ｒｘ　＝Ｄ＋　２　Ｘｎ　／Ｎ　−（２）としてめるこ
とができる。尚、ここで原点とは各ロークリエンコーダ
ＲＥ＋　、ＲＥ２．ＲＥａの各出力Ｄ＋　、Ｄ２．Ｄａ
が共に零となる位置である。

式（２）から明らかなように、主軸の回転数Ｒ×が０に
なると、ロークリエンコーダＲＥ＋　ともうひとつのロ
ータリエンコーダＲＥ２との位置関係は元に戻ってしま
う為、２つのロークリエンコーダのみでは、複数回転に
回る絶対位置の検出は、たかだかｎ回転までしか行なえ
ない。そこで、第３のロータリ１ンコーダＲＥａの出力
信号Ｄ３を用いてさらに検出範囲の拡大が行なわれてい
る。

即ら、ロータリエンコーダＲＥ＋の出力信号Ｄ１とロー
クリエンコーダＲＥ３の出力信号Ｄ３とのｔを偏差値Ｄ
＋　３（Ｄ＋　ｓ＝Ｄ＋　Ｄａ）とづ−ると、主軸の１
回転当りの偏差値Ｄ＋　ａの変化分はＮ／１１になるこ
とから、原点からの主軸の回転数がＲｘを越えた場合、
精度をＲＸととすると原点からの主軸の絶対回転数Ｒｘ
−ａｂ−は、Ｒｘ　−ａｂ−−Ｄ＋　Ｂｘｎ′Ｌ／Ｎ　
−＝　（３）どしてめられる。偏差１ｅＤ＋ａをＮ／ｎ
で除した値をＲｙとづると（ＲＹ　＝Ｄ１ａ　ｘ１１／
Ｎ＞、結局、主軸の絶対回転数Ｒｘ−ａｂは、Ｒｘ　−
ａｂ−ｎ　ｘＲｙ　＋Ｒｘ　−＝−（４）として表わさ
れることになる。これにロータリエンコーダＲＥ＋の出
力信号Ｄ１を加えたものが、主軸の絶対位置を複数回転
に亘って表わしたものとなる。第３のロータリエンコー
ダＲＥａの出力Ｄ３を考慮することによって、式（３）
に示づように、主軸の絶対位置の検出範囲は原点からｎ
′Ｌ回転まで拡張された。

以上、アブソリュートエンコーダ２・４によってブラシ
レスモータ２２の主軸の回転位置を複数回転に亘って検
出する手法、のびとつを示したが、−例としてロークリ
エンコーダＲＥ＋、ＲＥ２．ＲＥａの１回転当りの分割
数Ｎが１０２４であり、各ロークリエンコーダＲＥ＋　
、ＲＥ２．ＲＥａに回転を伝達する歯車の歯数０が３２
のアブソリ」−トエンコーダを取り上げてみると、こう
した構成を有するアブソリュートエンコーダでは１回転
あたり１０２４分の１回転の精度で原点から１０２４回
転の範囲まで、主軸の絶対位置を検出することができる
ことになる。

上述では、第１と第２のロータリエンコーダＲＥ＋　、
ＲＥ２の間ではｒｎ−ｉ対０」の比率で減速し、ＲＥｚ
どＲＥａの間では［ｎ＋１対ｎＪ（７）比率で増速しで
いるが、逆に、ＲＥ＋とＲＥ２の間では「ｎ対ｎ−１」
の比率で増速し、ＲＥ２とＲＥａの間では「ｎ対ｎ＋１
」の比率で減速するようにしてもよい。その場合の演算
式は前記（１）乃至（４）式と全く同一ではないにして
もこれらと同様に容易に導くことができるので、ここで
は省略する。また、各エンコーダＲＥ＋　、ＲＥ２゜Ｒ
Ｅａの間の増減比を「ｎ−１対１）」あるいは「ｎ＋１
対ｎ」とせずに、「ｎ−ａ対ｎ」あるいは「ｎ＋ａ対ｎ
」としてもよい。但し、ａはｎよりも十分小さく、かつ
０の約数であるとする。

次に、本実施例で用いたアブソリュートエンコーダ２４
の癲械的な構造を第５図、第６図、第７図に１処って説
明する。第５図はセンサＶＲＥ＋　。

ＶＲＥ２．ＶＲＥａを搭載したアブソリュートエンコー
ダの構造を示ず軸方向断面図であり、第６図はアブソリ
ュートエンコーダをギア機構の側から見た正面略図、第
７図は１つのセンサＶＲＦ＋の横断面図である。ここで
センサＶＲＥ＋　、ＶＲＥ２．ＶＲＥＩＩは各々、第４
図に示したＤ−タリエンコーダＲＥ＋　、ＲＥ２．ＲＥ
ａに相当するものである。第５図で、第１のセンサＶＲ
Ｅ＋ど第２のセンサＶＲＥ２は断面で示しであるが、第
３のセンサＶＲＥａは現われていない、７７は検出対象
たる主軸７８を取付ける中心軸であり、そこにギア８１
が設けられており、同軸に、第１のセンサＶＲＥ＋が取
付けられている。第２のセンサＶＲＥｚの回転軸７９に
ギア８２及び８３が設けられており、ギア８２はギア８
１に噛合っている。

ギア８３は第６図に示すように第３のセンサＶＲＥ３の
ギア８４に噛合っている。各ギア８１へ８４の歯数は第
４図と同様にｌｌ−１，ｎ、ｎ＋１゜ｎである。９０．
９１は軸受け、９２．９３は各／？ＶＲＥ１　、ＶＲＥ
ｚのステータ鉄心、９４．９５は各々ＶＲＥ＋　、ＶＲ
Ｅ２のロータ鉄心、である。

各種Ａ〜Ｄに１次コイル１００Ａ〜１００Ｄと２次コイ
ル１０２Ａ〜１０２Ｄとが形成されている。

０−夕９４は、−例どして偏心ロータであり、回転角度
に応じて各種のりラフタンスを変化させる形状である。

直径方向で対を成している極Ａ、Ｃ及びＢ、Ｄの一方の
１次コイル１００Ａ、１００Ｃを正弦波信号で励磁し、
他方の１次コイル１００Ｂ、１００Ｄを余弦波信号で励
磁すると、２次コイル１０２Ａ〜１０２０の合成出力Ｙ
１として下記の信号が得られる。他のエンコーダＶＲＥ
２゜ＶＲＦａも同様の構造であり、２次出力Ｙ２．Ｙ３
として下記の信号が得られる。

θ１．θ２，０３は各センサＶＲＥ＋〜ＶＲＥａの回転
軸１０６，７９．１０７の回転角度であり、各々の回転
角度に対応する位相角だけ基準交流信号ｓｉｎｗｔを位
相シフトした出力Ｙ＋　、Ｙ２．Ｙ３が夫々前られる。

従って、これらの出力信号Ｙ＋。

Ｙ２．Ｙ３にお１．ｌｌる位相ずれθ１．θ２．θ３を
夫々測定することにより１回転内の回転位置を示す絶対
値データＤ＋　、Ｄ２．Ｄａが夫々求まる。

次に第８図を示すブロックに依拠して、Ｘ軸出のブラシ
レスモーフ２２を駆動するＸ軸出のザーボアンプ２８の
構成とその働ぎについて説明づる。

図において１２１は外部より電源電圧Ｖｐの供給を受け
てサーボアンプ２８全体の電源ＶＳとブラシレスモーフ
２２の駆動電源＋Ｖｃ及び−Ｖｃを供給する電源回路、
１２２はＸ軸出のブラシレスモーフ制御装置２６から回
転速度制御信号ｂｘを人力して増幅する速度アンプ、１
２５は速度アンプ１２３の出力と電流検出器１２７によ
って検出された実際にブラシレスモーフ２２に流れてい
る電流の値とからブラシレスモーフ２２の回転速度を一
定に制御する回転速度信りを出力する増幅器、１２９は
該回転速度信号の極性を励！１電流切Ｉ９！仁号ａＸに
応じて反転（る極性切換回路、１３１はブラシレスモー
タ２２の回転速度を与える回転速度信号をパルス幅に変
調づるＰＷＭ回路、１３３゜１３５はＰＭＷ回路１３１
の出力を受けてパワーユニット１３７の図示しない正転
用、逆転用電力トランジスタをスイッチングづる各々正
転側、逆転側のペースドライバ回路、を各々表わしてい
る。

ＰＷＭ回路１３１の動作についてはよく知られているの
で簡単に説明する。第９図はサーボアンプ２８へ入力さ
れる回転速度信号ｂｘと実際にブラシレスモータ２２に
出力される電流出力との関係を示したものであるが、ブ
ラシレスモーフ制御装Ｍ２６から図中すて示したような
ブラシレスモータ２２の回転速度を指定するアナログ信
号が出力されるとＩ）　Ｗ　Ｍ回路１３１の働きによっ
て該アナログ信号の大きさに応じたパルス幅の電流比ノ
ＩＣがブラシレスモータ２２に与えられる。パルス幅変
調はパワーユニット１３７の出力トランジスタを飽和領
域で動作させる為、発熱等の損失が小さく、回路を簡略
化・小型化でき、高い信頼性をも実現している。尚、第
９図において、［はブラシレスモータ２２の実際の速度
と目標速度とがズしていても、ブラシレスモータ２２を
駆８するパルス出力が出力されないような領域、所謂不
感帯を示している。不感帯ｆは一般に狭い程、位置決め
の精度は向上するが、過度に狭くすると制御系の応答送
れ等によりハンチング等を引き起こづことがあるなど制
御が不安定となる傾向がある。従って、ロボットの３軸
制御装置としてめられる精度と制御系の安定性とから適
切な幅に調整される。

以上、アブソリュートエンコーダ２４、サーボアンプ２
８について詳細に説明したが、次に第３図に示したロボ
ットの３．軸制ｔａ１１装置の構成のうち、ポストコン
ピュータ２０．ブラシレスモーフ制御波＠２６．サーボ
アンプ２８．ブラシレスし一夕２２、アブソリュートエ
ンコーダ２４によって構成されたＸ軸の位置決め制御を
司る部分について第１０図に示すブロック図を用いて説
明する。

２００はホストコンピュータ２０から与えられる目標位
置とアブソリュートエンコーダ２４から入力される信号
Ｄ１．Ｄｚ、Ｄ３とを入力しこれらのデータの演算を行
なってサーボアンプ２８を−９等が格納されるリードオ
ンメモリ（ＲＯＭ＞、２０４はデータ等を一時的に記憶
させる読み書き可能なランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ
）、２０６はＣＰＵ２００がホストコンピュータ２０と
データをやりとりづる為の複数ピッ１〜のレジスタ、２
０８は安定化された周波数で発振するクロック発生回路
、２１０はクロック発生回路２０８で発生づるクロック
をカウントする１０ピツ１〜のカウンタ、２１２はカウ
ンタ２１０の出力を関数発生器２１４．ラッチ２１６，
２１８．２２０へ出力覆る１０ピツ１〜のパラレルバス
、２２２はアブソリュートエンコーダ２４の３つのセン
サＶＲＥ＋　。

ＶＲ［Ｅ２．ＶＲＥａから（７）出力信号Ｄ＋、Ｄｚ。

Ｄ３を入力しラッチ信号を生成するタイミング発生回路
、２２４は励磁電流切換信号ａＸを出力するディジタル
出力回路、２２６は回転速度制御信号ｂｘを出力するＤ
／Ａ変換出ツノ回路、２２８はＣＰＵ２００．ＲＯＭ２
０２．ＲＡＭ２０４．ラッチ回路２１６，２１８，２２
０．ディジタル出力回路２２４．０／Ａ変換出力回路間
を相ｎに接続するデータバス、を各々表わしている。

関数発生器２１４は、正弦波発生器２１４ａと余弦波発
生器２１４１）とを内蔵しており、１０ビツトのパラレ
ルデータをカウンタ２１０よりパラレルバス２１２を介
して受けとっそ、そのＩＵ　Ｏ〜１０２４をＯ〜２πと
して正弦波及び余弦波を各々出力づる。正弦波発生回路
２１４ａがら出力された正弦波信号はアブソリュートエ
ンコーダ２４内の３’）のｔ？／すＶＲｊ＋　、ＶＲ［
Ｅ　２　、ＶＲＥ　ａの各１次コイルＬＳ＋　、Ｉｓ　
２．　Ｌｓ　３に印加されるよう構成されている。１次
コイルＬＳ＋、ｌ。

Ｓ２．ＬＳａとは第７図における１次コイル１００Ａ、
１００Ｃに相当している。又、余弦波発生回路２１４ｂ
から出力された余弦波信号は同様に１次コイルＬｅｔ、
ＬＣｚ、ＬＣａ（第７図の１次コイ／１，１００Ｂ、１
００Ｄに相当）に印加されるよう４Ｍ成されている。こ
の結果、第７図を用いて説明したように、３つのセンサ
ＶＲＥ＋　、ＶＲＥ２．ＶＲＥＢの各２次コイルＬ＋　
２．１２２゜１２ｇ（１７図（７）２次コイル１０２Ａ
、１０２Ｂ。

１０２０．１０２Ｄに相当）には、ロータ９４の位置に
応じて電圧が発生し、その合成出力信号Ｙ＋　、Ｙ２．
Ｙ：ｌが式（５）に従って出力されるので、タイミング
出力発生回路２２２内の３つの電圧比較回路２２２ａ　
、２２２ｂ　、２２２ｃ　に合成出力信号Ｙ＋　、Ｙ２
．Ｙ９を各々入ノ〕し、基準電圧ど比較することによっ
て、３つのセンサＶＲＥ＋　、ＶＲＥ２．ＶＲＥａ（７
）回転軸１０６，７９゜１０７の回転角度θ１．θ２．
θ３に応じたタイミングでラッチ信号が発生されること
になる。このラッチ信号でカウンタ２１０の出力を各ラ
ッチ回路２１６，２１８，２２０に記憶させると、ラッ
チ回路２１６，２１８．２２０に記憶されたデータ〈カ
ウンタ２１０のカウント（直）は、３つのセンサＶＲＥ
＋　、ＶＲ［Ｅ２．ＶＲＥａの出力信号Ｄ＋　、Ｄ２．
ＤＢを意味することになるから、ＣＰＵ２００はこれら
のデータを用い式（１）ないし式（４）を適用して、ブ
ラシレスモータ２２の回転位置を１０２４回転に亘って
演算・検出することができる。

次に、以上の如く構成されたロボットの３軸制御ｌｌ装
置のＸ軸周の位置決め制御系において行なわれるＣＰＵ
２００の処理・制御について、第１１図のフローチャー
トを用いて説明する。

ブラシレスモータ制御装置２６は電源が投入されると第
１１図Ａより処理にはいり、まず初期化のステップ２９
０を実行し、ＣＰＵ２００の内部レジスタのクリアやレ
ジスタ２０６の初期化等を行なう。ブラシレスモー、夕
制御装置２６に電源が投入されると、り０ツク発生回路
２０８はクロックを発生し、カウンタ２１０．関数発生
器２１４゜タイミング発生回路２２２はクロックに同期
して、ラッチ回路２１６，２１８．２２０に所定のタイ
ミングでデータをラッチする動作を繰返すように働く。

ステップ２９０での初期化の処理に続くステップ３００
，３１０，３２０では、ラッチ回路２１６．２１８，２
２０からブラシレスモータ２２の回転位置を表わり信号
をデータＤＩ、Ｄ２゜ＤＢとして読み込む処理が行なわ
れる。ステップ３００．３１０，３２０で読み込んだデ
ータＤ＋。

Ｄ２．ＤＢを用いて、ステップ３３０ではブラシレス［
−夕制御装置２２の回転位置、即ちその主軸の複数回転
（ここでｎ　＝　３２とづ“れば１０２４回転）に亘る
絶対位置Ｌａを演算する処理が行なわれる。この演算に
は前述の式（１）ないし式（５）が用いられる。ステッ
プ３３０では該演算によってめられたブラシレスモータ
２２の主軸の絶対位置ＬａをＲＡＭ２０４の所定のエリ
アに格納した後、処理はステップ３４０へ進み、前回ス
テップ３３０を処理した時にめた絶対位置くこれを前回
（ｌＩＩＬａ−１とする〉と直前のステップ３３０でめ
た絶対値Ｌａとの差、及び本制御ルーチンが繰返し実行
される間隔（予め定まった時間ｔ）から、ブラシレスモ
ータ２２の回転速度ｖｒを演算する処理が行なわれる。

即ち、ｋを定数としてｖｒ＝ｋｘ（Ｌａ　−Ｌａ−１）
／ｌで回転速度Ｖｌ’をめることができる。このステッ
プ３４０ではｖｒをめた後、前回の絶対位置１　ａ−＋
　を更新する処理、即ち１ａ−＋　＝１ａの処理及び回
転速度ｖｒをＲＡＭ２０４の所定のエリアに格納づる処
理も行なわれる。ステップ３４０に続くステップ３５０
では、ブラシレスモータ２２のロータの絶対位置Ｒａを
める処理が行なわれる。この処理はブラシレスモータ２
２の主軸の１回転に対してセンサＶＲＥ＋の回転軸も１
回転することから、センサＶＲＩＥ＋の出力（ｉ号から
得られるデータＤ１より直接求めることができる。ステ
ップ３５０でロータの絶対位置Ｒａをめた後、処理はス
テップ３６０へ進み、現在、のＤ−夕の絶対位置Ｒａか
らブラシレスモータ２２の駆動電流の方向を切９換える
必要があるか否かを判断づる。ブラシレスモータ２２で
は永久磁石により構成された回転子（ロータ）に対して
固定子巻線に流れる電流のＩＪ向を次々と反転させ、即
ら発生ずる磁界の極性を反転してゆくことににす、ロー
タを連続的回転させてゆく機構をとっており、外部から
供給する電流の方向を反転させてやる必要がある。ステ
ップ３５０でめられたロータの絶対位置が駆動電流の方
向を切換える必要のある位置まできていれば、処理はス
テップ３７０へ進み、ディジタル出力回路２２４を介し
てその出力ａＸを反転させる処理が行なわれる。この結
果、すでに説明したサーボアンプ２８の励磁電流切換回
路１２９の動きによりブラシレスモータ２２の駆動電流
の方向は反転される。一方、ステップ３６０での判断が
ｒＮＯＪであれば、ステップ３７０をとばしてステップ
３８０へ処理は移行づる。ステップ３８０では、レジス
タ２０６を介してホストコンピュータよりブラシレスモ
ータ２２の目標回転位置ＬＩＩを読み込む処理が行なわ
れる。レジスタ２０６にはポストコンピュータ２０より
ロボットの３軸制御装置としてＸ軸が実現づべき位置に
対応するブラシレスモータ２２の最新の回転位置が絶対
位置としてたえず書き込まれている。続くステップ３９
０ではステップ３８０で読み込んだ目標位置ＬＩｌとス
テップ３３０でＲＡＭ２０４の所定のエリアに格納した
現在のブラシレスモータ２２の回転位［Ｌａとの偏差値
△Ｌをめる処理が行なわれる。次の。

ステップ４００では、ステップ３９０でめた偏差値ΔＬ
とステップ３４０でめたＲＡＭ２０４の所定のエリアに
格納されたブラシレスモータ２２の現在の回転速度Ｖ「
とから、目標回転速度■を演算する処理が行なわれる。

ここで行なわれる目標回転速度■の演算は、種々の手法
が考えられるが、通常、実位置１ａが目標位［Ｌｍに近
づくに従って、即ち△Ｌが小さくなる程、目標回転速度
Ｖも小さくし、又、目標回転速度■を現在の回転速ｉｖ
ｒの所定の範囲内に押さえ、ブラシレスモータ２２が無
理なくその回、転速度を変化させてゆくように、なされ
ている。続くステップ４１０ではステップ４００でめた
目標回転速度Ｖに対応Ｊる回転速度制御信号ｂｘをサー
ボアンプ２８に出力する処理が行なわれる。サーボアン
プ２８は該信号ｂｘを受けて、既述したようなパルス幅
変調によりブラシレスモータ２２の駆動電流を制御し、
その回転速度を制御する。

ステップ４１０を実行した後、処理はステップ３００へ
戻って、上記の一連の処理、ステップ３００ないしステ
ップＩ！１１０を繰返し、ホス１ヘコンピｌ−夕２０に
よって設定された目標位置へと、ブラシレスモータ２２
の回転位置は次第に制御されることになる。又、以上、
ロボットの３軸制御肢置のＸ軸の位置ｉ１ｉ制御につい
てのみ説明したが、他の２軸についても同様の制御が行
なわれ、ホストコンピュータ２０に統御されつつ、３軸
での位置の緻密な制御が分散して処理されている。

以」二のように構成された本実施例においては、ブラシ
レスモータ２２，３２．４２にその回転位置を複数回転
に口って絶対位置として検出づるアブソリュートエンコ
ーダ２４，３４．４４を設け、アブソリゴー１〜エン・
ロータ２４，３４．４４の出カイｔ＠を処理して、ブラ
シレスモータ２２，３２゜４２の励磁電流の方向の切換
えとブラシレスモータ２２，３２．４２の回転速度の制
御とその複数回転に亘る回転位置の１ｉｌＪ　Ｉｌｌと
を行なっている。

従って、ロボットの動作開始時、あるいは停電後の復電
時等にいちいち原点セットの操作を行なう必要がなく、
操作性が向上すると共に、ブラシレスモータの制御に必
要な全ての情報を唯ひとつのアブソリュートエンコーダ
によって検出していることから、装置を大幅に小型化・
簡単化でき、その信頼性・安全性も高められている。又
、回転速度をソフトウェアによって変更できる為、目標
位置への接近の速さを容易にコントロールでき、例えば
３軸制御における他物体との干渉の問題し解消すること
ができる。又、本実施例ではアブソリュートエンコーダ
としていわゆる可変磁気抵抗型のものを用いており、耐
振性や対熱性に１ぐれている。例えば光学式のアブソリ
ゴー１−エンコーダでは通常使用できない７０℃〜１０
０″Ｃの温ｆｆＪ範囲でも何ら問題なく動作づ−る。

尚、本実施例では可変磁気抵抗型のアブソリュートエン
コーダを用いて説明したが、複数回転に亘ってモータの
回転の絶対位置を検出できるアブソリュートエンコーダ
であれば、光学式のものでも、又他のどのような型式の
ものでも同様に使用づることができる。光学式のアブソ
リュートエンコーダで、絶対位置を複数ビットのコード
で出力１６タイプのものは、ＣＰＵとの接続が容易とな
り、ブラシレスモータ制御装置の構成を簡略にすること
ができる。

以上本発明の実施例について説明したが、本発明はこの
実施例に何等限定されるものではな（、本発明の要旨を
逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得るこ
とは勿論である。

［発明の効果］ 以上詳述したように、本発明のブラシレスモータ制御装
置は、ブラシレスモータの複数回転に亘る回転子の絶対
位置を検出し、該検出された絶対位置によって、ブラシ
レスモータの励磁電流の方向の切換えとブラシレスモー
タの回転速度及び回転位置の制御とを行なっている。

従って、複数回転に亘るその回転位置の制御に際して、
いちいち原点リセット等の処理を行なう必要がなく、直
ちにその実位置を知って制御を実行できると共に、ブラ
シレスモータの制御に必要な種々の情報を前記検出され
た絶対位置から尋いて制御を行なえることから、ブラシ
レスモータ制御Ｉ装置を大幅に小型化・簡単化でき、そ
の信１（ｉ　ｉ’１・安全性を高めることができるとい
う優れた効果がある。この結果、コストも低くづること
ができるという副次的な効果も奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術を説明する為の従来のブラシレスモー
タ制ｗ装置の概略構成図、第２図は本発明の基本的構成
図、第３図は実施例のロボットの３軸制御装置の概略構
成図、第４図はアブソリコートエンコーダの原理を示す
説明図、第５図はアブソリュートエンコーダの構造を示
す幅方向…ｉ面図、第６図は同じくギア機構の側から見
た正面図、第７図はアブソリュートエンコーダに組込ま
れたセンサＶＲＥ１の横断面図、第８図はサーボアンプ
の構成を示すブロック図、第９図はパルス幅変調を説明
するグラフ、第１０図は実施例のロボットの３軸制御装
置のＸ軸の制御系を示づブロック図、第１１図は実施例
の制御の一例を示すフローチ１１−トである。 ２２．３２．４２・・・ブラシレスモータ２４．３４．
４４・・・アブソリュートエンコーダ２６．３６．４６
・・・ブラシレスモータ制御装置２８．３８．４８・・
・サーボアンプ １３１・・・ＰＷＭ回路 ２００−Ｊ−ＣＰ　Ｕ ２１０・・・カウンタ ２１４・・・関数発生器 代理人　弁理士　定立　勉 他１名 第１図 第４図 ＠５図 ９０　２４　９３ 第６図 第７図 ＲＥ７ ２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ブラシレスモータによって駆動される被駆動物の位置に
   対応する駆動位置信号を入力して、該駆動位置信号と目
   標位置とに基づいてブラシレスモータの回転量を制御す
   る位置制御手段と、ブラシレスモータの回転速度に対応
   する速度信号を入力して、該速度信号と目標速度とに基
   づいてブラシレスモータを目標回転速度に制御ツる速度
   制御手段と、 ブラシレスモータの回転子の一回転内の絶対位置に対応
   づる回転子位置信号を入力して、ブラシレスモータの固
   定子に通電する電流の方向を切換える励りａ電流切換手
   段と、 を備えたブラシレスモータＩＩＪ　ａｌｌ装置において
   、ブラシレスモータの複数回転に亘る回転子の絶対位置
   を検出する絶対位置検出手段と、該検出された回転子の
   絶対位置から、 前記駆動位置信号を生成して位ｉＩＩυ制御手段に出力
   し、 前記速度信号を生成して速度制御手段に出力し、 前記回転子位置信号を生成して励磁電流切換手段に出力
   する、 制御信号出力手段と、 を備えたことを特徴とするブラシレスモータ制御装置。