JP2002199771A - アクチュエータ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】アクチュエータシステムの構成を簡易化させ得
るアクチュエータ装置を実現し難かった。 【解決手段】アクチュエータ装置において、ステータに
駆動電流を供給する駆動回路と、予め与えられた制御ゲ
インパラメータを用いて駆動回路に与える電流指令値を
算出する演算手段とをハウジングに設けるようにした。
またアクチュエータ装置において、ハウジングに設けら
れ、ステータに駆動電流を供給する駆動回路と、ハウジ
ングに設けられ、予め与えられた制御ゲインパラメータ
を用いて駆動回路に与える電流指令値を決定する演算手
段と、トルク増幅手段に設けられ、出力軸の回転角度を
検出する回転角度検出手段とを設け、演算手段が、予め
与えられたトルク増幅手段の数学的モデルを用いて回転
角度検出手段の検出結果からトルク増幅手段の出力軸に
与えられた外力の推定値を算出し、当該推定結果に応じ
て電流指令値を決定するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はアクチュエータ装置
に関し、例えばＡＣ（Alternating Current ）サーボモ
ータに適用して好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＡＣサーボモータにおいては、回
転自在に枢支されたロータと、当該ロータを取り囲むよ
うに所定間隔で固定配設された複数のステータ鉄心及び
各ステータ鉄心にそれぞれ巻回された複数のコイルから
なるステータとがモータケース内部に一体に収納される
ことにより構成されている。

【０００３】またＡＣサーボモータにおいては、通常、
モータケースの外部におけるロータの軸（以下、これを
ロータ軸と呼ぶ）の反回転トルク出力側にロータ軸の回
転位置を検出する回転位置センサが設けられている。

【０００４】そしてこのようなＡＣサーボモータを用い
たアクチュエータシステムでは、ＡＣサーボモータとは
別体にコントローラが設けられ、このコントローラにお
いてＡＣサーボモータの回転位置センサから出力される
センサ信号を利用しながら所望回転出力を得るための各
種演算処理を実行し、当該演算結果に基づく駆動電流を
コントローラからＡＣサーボモータに与えるようにして
当該ＡＣサーボモータを回転制御するようになされてい
た。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところがかかるアクチ
ュエータシステムでは、コントローラ及びＡＣサーボモ
ータ間を接続するケーブルとして、回転駆動用（コイル
用）に３本、回転位置センサ用に４本から12本の合計７
本から15本の比較的太い線材を必要とし、しかもこの線
材として、ノイズ等の影響や機械的振動による断線対策
を考慮した特殊なケーブル仕様のものが必要となる問題
があった。

【０００６】またかかるアクチュエータシステムにおい
ては、このようなＡＣサーボモータ及びコントローラ間
の配線に加えて、当該コントローラ及びさらに上位のコ
ントローラ間の交信用配線等が必要であり、このためシ
ステム全体としての配線が多いことから構成が煩雑で組
立性が悪い問題があった。

【０００７】さらにかかるアクチュエータシステムにお
いては、構造的にＡＣサーボモータのロータ及び回転位
置センサが離れた位置に配置されるために、高精度かつ
高速に位置決めを行い得るようにするためにはＡＣサー
ボモータのロータ軸を太くし、かつその結合部の構造材
としても機械的剛性の高いものが必要となるために、シ
ステム全体として重くかつ大きくなる問題があった。

【０００８】さらにかかるアクチュエータシステムにお
いては、回転位置センサが大きく、重いために、高速な
位置決めを行い得るようにするためには、ＡＣサーボモ
ータとして大きいものが必要となり、しかもその軸受け
として高剛性のものが必要となる問題があった。

【０００９】さらにかかるアクチュエータシステムにお
いては、ＡＣサーボモータが駆動時に発熱するために当
該ＡＣサーボモータに与える駆動電流の最大値が制限さ
れるが、実際上は最大の駆動電流値に対して安全率を含
んだ低い電流しかＡＣサーボモータに与えることができ
ないために、出力トルクに制限を受ける問題があった。

【００１０】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、アクチュエータシステムの構成を簡易化させると共
に、性能を向上させながら容易に小型化させ得るアクチ
ュエータ装置を提案しようとするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め本発明においては、回転自在に枢支されたロータと、
ロータにトルクを発生させるステータとがハウジング内
に収納されたアクチュエータ装置において、ステータに
駆動電流を供給する駆動回路と、予め与えられた制御ゲ
インパラメータを用いて駆動回路に与える電流指令値を
算出する演算手段とをハウジングに設けるようにした。
この結果、このアクチュエータ装置では、当該アクチュ
エータ装置を制御する演算手段を一体とすることができ
る。

【００１２】また本発明においては、回転自在に枢支さ
れたロータと、ロータにトルクを発生させるステータ
と、ロータ及びステータを収納するハウジングと、ロー
タに発生したトルクを増幅して出力軸を介して出力する
トルク増幅手段を有するアクチュエータ装置において、
ハウジングに設けられ、ステータに駆動電流を供給する
駆動回路と、ハウジングに設けられ、予め与えられた制
御ゲインパラメータを用いて駆動回路に与える電流指令
値を決定する演算手段と、トルク増幅手段に設けられ、
出力軸の回転角度を検出する回転角度検出手段とを設
け、演算手段が、予め与えられたトルク増幅手段の数学
的モデルを用いて回転角度検出手段の検出結果からトル
ク増幅手段の出力軸に与えられた外力の推定値を算出
し、当該推定結果に応じて電流指令値を決定するように
した。この結果、このアクチュエータ装置では、当該ア
クチュエータ装置を制御する演算手段を一体とすること
ができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下図面について、本発明の一実
施の形態を詳述する。

【００１４】（１）本実施の形態によるＡＣサーボモー
タの構成 図１において、１は全体として本実施の形態によるＡＣ
サーボモータを示し、回転トルクを発生させるモータ部
２と、当該モータ部２において発生された回転トルクを
増幅して出力するトルク増幅部３とから構成されてい
る。

【００１５】モータ部２においては、金属等の導電材か
らなるモータケース４の内部に回転軸受け５Ａ、５Ｂに
より回転自在に枢支されたロータ軸６が設けられ、当該
ロータ軸６にロータ基体７及び図２（Ｂ）及び（Ｃ）の
ように４極に着磁されたリング状の永久磁石でなるロー
タマグネット８が同軸に一体化されることによりロータ
９が形成されている。

【００１６】またモータケース４の内側には、図３及び
図４（Ａ）に示すように、ロータ９を取り囲むように６
つのステータ鉄心１０Ａ〜１０Ｆが等間隔（60〔°〕間
隔）で固着されると共に、これら各ステータ鉄心１０
（１０Ａ〜１０Ｆ）には、それぞれ巻線が施されること
によりコイル１１（１１Ａ〜１１Ｆ）が形成されてい
る。

【００１７】これによりモータ部２においては、180
〔°〕対向する２つのコイル１１（１１Ａ及び１１Ｄ、
１１Ｂ及び１１Ｅ、１１Ｃ及び１１Ｆ）の組（合計３組
ある）をそれぞれＵ相、Ｖ相及びＷ相として、これらＵ
相、Ｖ相及びＷ相の各コイル１１にそれぞれ120 〔°〕
ずつ位相がずれた駆動電流を印加して各コイル１１に駆
動電流の電流値に応じた強さの磁界を発生させることに
よってロータ９を介して駆動電流の電流値に応じた大き
さの回転トルクを発生させることができるようになされ
ている。

【００１８】一方トルク増幅部３においては、図１及び
図５（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、モータケース４の先
端部に着脱自在に固定されたギアケース１２を有する。
そしてこのギアケース１２の内部には、当該ギアケース
１２の内側面に固定された環状の内歯車１３と、ロータ
軸６の先端部に固定された太陽歯車１４と、内歯車１３
及び太陽歯車１４間に120 〔°〕間隔で配置された第１
〜第３の遊星歯車１５Ａ〜１５Ｃとからなる遊星歯車機
構１６が設けられている。

【００１９】また遊星歯車機構１６の第１〜第３の遊星
歯車１５Ａ〜１５Ｃの各軸１７Ａ〜１７Ｃは、それぞれ
ギアケース１２の先端に回転自在に配置された出力軸１
８に固定されている。

【００２０】これによりこのトルク増幅部３において
は、モータ部２からロータ軸６を介して与えられる回転
トルクを、遊星歯車機構１６を介して増幅して出力軸１
８に伝達し、当該出力軸１８を介して外部に出力し得る
ようになされている。

【００２１】またトルク増幅部３には、出力軸１８に固
着された環状の樹脂マグネット１９と、当該樹脂マグネ
ット１９の外周面と対向するようにギアケース１２の外
周面に固着された第１及び第２の磁気センサ（以下、ホ
ール素子とする）２０Ａ、２０Ｂとからなる１回転絶対
角度センサ２１が設けられている。

【００２２】この場合樹脂マグネット１９は、図５
（Ａ）のように２極にかつ一周に亘って磁束密度φ（θ
g ）が図６のように変化するように着磁されると共に、
第１及び第２のホール素子２０Ａ、２０Ｂは、図５
（Ｂ）のように90〔°〕の位相差をもってギアケース１
２の外周面に固着されている。

【００２３】これにより１回転絶対角度センサ２１にお
いては、出力軸１８の回転変位を、当該出力軸１８の回
転に伴う第１及び第２のホール素子２０Ａ、２０Ｂの配
設位置における磁束密度φ（θg ）の変化として検出
し、検出結果を第１及び第２のホール素子２０Ａ、２０
Ｂからそれぞれ図７に示すようなそれぞれｓｉｎ（θ
g）及びｃｏｓ（θg ）で与えられる波形の第１及び第
２の１回転絶対角度センサ信号Ｓ１Ａ、Ｓ１Ｂとして出
力することができるようになされている。

【００２４】かかる構成に加えこのＡＣサーボモータ１
の場合、モータ部２のモータケース４の内部には、ロー
タ軸６の磁極角度を検出するロータ軸磁極角度センサ２
２と、外部の上位コントローラ（図示せず）からの指令
に基づいて出力軸６の回転角度、回転速度及び回転トル
ク等を制御する制御基板２３と、制御基板２３の制御の
もとにモータ部２の各コイル１１に駆動電流を供給する
パワー基板２４とが収納されている。

【００２５】この場合ロータ軸磁極角度センサ２２は、
ロータ９のロータ基体７の前端面に固着された樹脂マグ
ネット２５と、制御基板２３に搭載された第１〜第４の
磁気センサ（以下、ホール素子とする）２６Ａ〜２６Ｄ
とから形成されている。そして樹脂マグネット２５は、
図２（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、ロータ９のロータ
マグネット８と同じ４極に着磁され、当該ロータマグネ
ット８と同位相でロータ基体７に固着されている。

【００２６】また第１〜第４のホール素子２６Ａ〜２６
Ｄは、図８（Ｂ）に示すように、ロータ軸６と同心円上
に、第１及び第２のホール素子２６Ａ、２６Ｂが180
〔°〕対向し、かつ第３及び第４のホール素子２６Ｃ、
２６Ｄがこれら第１及び第２のホール素子２６Ａ、２６
Ｂと同じ方向に45〔°〕位相がずれた位置に位置するよ
うに制御基板２３に搭載されている。

【００２７】これによりこのロータ軸回転角度センサ２
２においては、ロータ軸６の磁極角度を、当該ローラ軸
６と一体に回転する樹脂マグネット２５の回転に伴う第
１〜第４のホール素子２６Ａ〜２６Ｄの配設位置におけ
る磁束密度の変化として検出し得るようになされてい
る。

【００２８】なおロータ軸６の磁極角度とは、ロータ軸
６の機械的な回転角度にロータマグネット８の磁極数の
半分の値を掛けた角度（（２）式参照）と定義する。こ
の実施の形態においては、ロータマグネット８が４極に
着磁されているため、磁気角度は０から２πまでの範囲
の値をとる。

【００２９】一方制御基板２３は、図１、図２（Ａ）、
図８及び図９に示すように、環状に形成されたプリント
配線板の一面側に１チップマイクロコンピュータ２７及
びクロック発生用の水晶発振器２８が搭載されると共
に、他面側に上述のロータ軸回転角度センサ２２の第１
〜第４のホール素子２６Ａ〜２６Ｄと、樹脂マグネット
２５の温度を検出する温度センサ２９とが搭載されるこ
とにより構成されている。

【００３０】そしてこの制御基板２３においては、図９
のようにロータ軸磁極角度センサ２２における第１及び
第２のホール素子２６Ａ、２６Ｂの出力と、第３及び第
４のホール素子２６Ｃ、２６Ｄの出力とをそれぞれ第１
及び第２の減算回路３０Ａ、３０Ｂを介して加算して第
１及び第２のロータ軸磁極角度センサ信号Ｓ２Ａ、Ｓ２
Ｂとして１チップマイクロコンピュータ２７に取り込
み、かつ１回転絶対角度センサ２１（図１、図５
（Ｃ））からケーブル３１（図１）を介して供給される
第１及び第２の１回転絶対角度センサ信号Ｓ１Ａ、Ｓ１
Ｂを１チップマイクロコンピュータ２７に取り込み得る
ようになされている。

【００３１】また制御基板２３においては、２本の電源
ライン、１本の汎用のパラレル通信ライン、２本のＲＳ
−２３２Ｃシリアル通信ライン及び３本の同期式シリア
ル通信ラインを有する第２のケーブル３２（図１）を通
じて上位コントローラと接続されており、かくして１チ
ップマイクロコンピュータ２７がこの第２のケーブル３
２を介して駆動電圧を入力し、かつ上位コントローラと
交信することができるようになされている。

【００３２】そして１チップマイクロコンピュータ２７
は、この第２のケーブル３２を介して上位コントローラ
から与えられる出力軸１８（図１）の回転角度、回転速
度又は回転トルクの指定値（以下、これらをそれぞれ指
定回転角度、指定回転速度及び指定回転トルクと呼ぶ）
と、第１及び第２の１回転絶対角度センサ信号Ｓ１Ａ、
Ｓ１Ｂと、第１及び第２のロータ軸磁極角度センサ信号
Ｓ２Ａ、Ｓ２Ｂと、後述のようにパワー基板２４から供
給される第１〜第３の駆動電流検出信号Ｓ３Ａ〜Ｓ３Ｃ
とに基づいて、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の各コイル１１にそ
れぞれ印加すべき駆動電流の電流値（以下、これらをそ
れぞれ第１〜第３の電流指令値と呼ぶ）を算出し、これ
ら算出した第１〜第３の電流指令値を第３のケーブル３
３を介してパワー基板２４に送出するようになされてい
る。

【００３３】パワー基板２４においては、図１、図４
（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、環状に形成されたプリ
ント配線板の一面側に図１０に示すコイル駆動ブロック
３４を形成する複数のパワートランジスタチップ３５が
搭載されることにより構成されている。

【００３４】そしてこのコイル駆動ブロック３４は、制
御基板２３の１チップマイクロコンピュータ２７から与
えられる第１〜第３の電流指令値に基づいて、モータ部
２のＵ相、Ｖ相及びＷ相の各コイル１１に対してそれぞ
れ対応する電流値の駆動電流を印加することによりモー
タ部２のロータ９を回転駆動させる。

【００３５】またこの際コイル駆動ブロック３４は、こ
のときＵ相、Ｖ相及びＷ相の各コイル１１にそれぞれ印
加されている駆動電流の電流値をそれぞれ検出し、検出
結果を第１〜第３の駆動電流検出信号Ｓ３Ａ〜Ｓ３Ｃと
して第３のケーブル３３（図１）を介して制御基板２３
に送出する。

【００３６】このようにしてこのＡＣサーボモータ１で
は、制御基板２３の１チップマイクロコンピュータ２７
及びパワー基板２４のコイル駆動ブロック３４からなる
制御回路によって、上位コントローラから与えられた指
定回転角度、指定回転速度又は指定回転トルクに応じて
モータ部２を駆動する。

【００３７】（２）１チップマイクロコンピュータ２７
及びコイル駆動ブロック３４の構成 ここで１チップマイクロコンピュータ２７は、図１１に
示すように、演算処理ブロック４０、レジスタ４１、ロ
ータ軸回転角度検出処理ブロック４２、トルク−３相電
流信号変換処理ブロック４３、電流制御処理ブロック４
４及び第１〜第４のアナログ／ディジタル変換回路４５
〜４８から構成されている。

【００３８】そして１チップマイクロコンピュータ２７
では、１回転絶対角度センサ２１（図１、図５（Ｃ））
から供給される第１及び第２の１回転絶対角度センサ信
号Ｓ１Ａ、Ｓ１Ｂを第３のアナログ／ディジタル変換回
路４７においてディジタル変換し、得られた第１及び第
２の１回転絶対角度センサデータＤ１Ａ、Ｄ１Ｂをレジ
スタ４１に格納する。

【００３９】また１チップマイクロコンピュータ２７で
は、第１及び第２の減算回路３０Ａ、３０Ｂ（図９）か
ら与えられるロータ軸磁極角度センサ２２の出力に基づ
く第１及び第２のロータ軸磁極角度センサ信号Ｓ２Ａ、
Ｓ２Ｂを第２のアナログ／ディジタル変換回路４６にお
いてディジタル変換し、得られた第１及び第２のロータ
軸磁極角度センサデータＤ２Ａ、Ｄ２Ｂをロータ軸回転
角度検出処理ブロック４２に入力する。

【００４０】ロータ軸回転角度検出処理ブロック４２
は、供給される第１及び第２のロータ軸磁極角度センサ
データＤ２Ａ、Ｄ２Ｂに基づいてロータ軸６の磁極回転
角度（以下、これをロータ軸磁極回転角度と呼ぶ）Ｐml
と、磁極角度θp とを検出し、ロータ軸回転角度Ｐmlを
レジスタ４１に格納すると共に磁極角度θp をトルク−
３相電流信号変換処理ブロック４３に送出する。

【００４１】なおロータ軸６の磁極回転角度（ロータ軸
磁極回転角度Ｐml）とは、ロータ軸６の回転に伴い第１
〜第４のホール素子２６Ａ〜２６Ｄにより検出される樹
脂マグネット２５の隣接する一対のＮ極及びＳ極による
磁極変化を１周期（０〜２π）とする角度と定義する。
この実施の形態においては樹脂マグネット２５が４極に
着磁されているため、ロータ軸磁極回転角度Ｐmlは０か
ら４πまでの範囲の値をとる。

【００４２】そして演算処理ブロック４０は、このよう
にしてレジスタ４１に格納された第１及び第２の１回転
絶対角度センサデータＤ１Ａ、Ｄ１Ｂ並びにロータ軸磁
極回転角度Ｐmlと、上位コントローラから与えられる指
定回転角度、指定回転速度又は指定回転トルクとに基づ
いて、目標とする回転トルク（以下、これを目標回転ト
ルクと呼ぶ）Ｔ0 を演算し、演算結果をレジスタ４１に
格納する。

【００４３】このレジスタ４１に格納された目標トルク
Ｔ0 は、トルク−３相電流信号変換処理ブロック４３に
より読み出される。そしてトルク−３相電流信号変換処
理ブロック４３は、この目標トルクＴ0 と、ロータ軸回
転角度検出処理ブロック４２から与えられるロータ軸６
の磁極角度θp とに基づいて、モータ部２におけるＵ
相、Ｖ相、Ｗ相の各コイル１１にそれぞれ印加すべき駆
動電流の電流値を表す上述の第１〜第３の電流指令値Ｕ
r 、Ｖr 、Ｗr をそれぞれ算出し、これを電流制御処理
ブロック４４に送出する。

【００４４】またこのとき電流制御処理ブロック４４に
は、第１のアナログ／ディジタル変換回路４５から、パ
ワー基板２４から与えられる第１〜第３の駆動電流検出
信号Ｓ３Ａ〜Ｓ３Ｃをディジタル変換することにより得
られた第１〜第３の駆動電流検出データＤ３Ａ、Ｄ３Ｂ
が与えられる。

【００４５】かくして電流制御処理ブロック４４は、こ
れら第１〜第３の電流指令値Ｕr 、Ｖr 、Ｗr と、第１
〜第３の駆動電流検出データＤ３Ａ、Ｄ３Ｂとに基づい
て、第１〜第３の電流指令値Ｕr 、Ｖr 、Ｗr に対して
電圧変動に対する補償処理を含む所定の信号処理を施し
た後これをＰＷＭ（Pulse Width Modulation）変調し、
得られた第１〜第３のＰＷＭ信号Ｓ４Ａ〜Ｓ４Ｃを第３
のケーブル３３を介してこれをパワー基板２４のコイル
駆動ブロック３４に送出する。

【００４６】なお第３のケーブル３３には、第１〜第３
のＰＷＭ信号Ｓ４Ａ〜Ｓ４Ｃ用にそれぞれ２本のライン
が設けられている。そして電流制御処理ブロック４４
は、出力軸１８（図１）を正転駆動するときには第１〜
第３のＰＷＭ信号Ｓ４Ａ〜Ｓ４Ｃをそれぞれ一方の第１
のラインを介してパワー基板２４のコイル駆動ブロック
３４に送出すると共に、第１〜第３のＰＷＭ信号Ｓ４Ａ
〜Ｓ４Ｃにおける論理「０」レベルの信号（以下、これ
らを第１〜第３の基準信号と呼ぶ）Ｓ５Ａ〜Ｓ５Ｃを他
方の各第２のラインをそれぞれ介してパワー基板２４の
コイル駆動ブロック３４に送出する。

【００４７】また電流制御処理ブロック４４は、出力軸
１８を逆転駆動するときには第１〜第３のＰＷＭ信号Ｓ
４Ａ〜Ｓ４Ｃをそれぞれ第２のラインを介してパワー基
板２４のコイル駆動ブロック３４に送出すると共に、第
１〜第３の基準信号Ｓ５Ａ〜Ｓ５Ｃをそれぞれ各第１の
ラインを介してパワー基板２４のコイル駆動ブロック３
４に送出する。

【００４８】コイル駆動ブロック３４においては、図１
０に示すように、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各コイル１１にそ
れぞれ対応させて、それぞれ４個の増幅器５０Ａ〜５０
Ｃからなる同様構成の第１〜第３のゲートドライブ回路
５１Ａ〜５１Ｃと、それぞれ２個のＰＮＰ型トランジス
タＴＲ１、ＴＲ２及び２個のＮＰＮ型トランジスタＴＲ
３、ＴＲ４からなる同様構成の第１〜第３のインバータ
回路５２Ａ〜５２Ｃから構成されている。

【００４９】そしてこのコイル駆動ブロック３４では、
Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の各第１のラインがそれぞれ対応す
る第１〜第３のゲートドライブ回路５１Ａ〜５１Ｃの第
１及び第３の増幅器５０Ａ、５０Ｃをそれぞれ介して対
応する第１〜第３のインバータ回路５２Ａ〜５２Ｃの第
２のＰＮＰ型トランジスタＴＲ２のベース及び第１のＮ
ＰＮ型トランジスタＴＲ３のベースと接続され、Ｕ相、
Ｖ相及びＷ相の各第２のラインがそれぞれ対応する第１
〜第３のゲートドライブ回路５２Ａ〜５２Ｃの第２及び
第４の増幅器５０Ｂ、５０Ｄをそれぞれ介して対応する
第１〜第３のインバータ回路５２Ａ〜５２Ｃの第２のＰ
ＮＰ型トランジスタＴＲ２のベース及び第１のＮＰＮ型
トランジスタＴＲ４のベースと接続されている。

【００５０】またこのコイル駆動ブロック３４では、モ
ータ部２のＵ相、Ｖ相及びＷ相の各コイル１１がそれぞ
れ対応する第１〜第３のインバータ回路５２Ａ〜５２Ｃ
における第１のＰＮＰ型トランジスタＴＲ１のコレクタ
及び第１のＮＰＮ型トランジスタＴＲ３のコレクタの接
続中点と、第２のＰＮＰ型トランジスタＴＲ２のコレク
タ及び第２のＮＰＮ型トランジスタＴＲ４のコレクタの
接続中点との間に接続されている。

【００５１】これによりこのコイル駆動ブロック３４に
おいては、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の各相毎に、第１又は第
２のラインを介して与えられる第１〜第３のＰＷＭ信号
Ｓ４Ａ〜Ｓ４Ｃをそれぞれ対応する第１〜第３のインバ
ータ回路５２Ａ〜５２Ｃにおいてアナログ波形の駆動電
流Ｉu 、Ｉv 、Ｉw に変換し、これらをそれぞれ対応す
るＵ相、Ｖ相及びＷ相の各コイル１１に印加することが
できるようになされている。

【００５２】またコイル駆動ブロック３４においては、
Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の各コイル１１に供給する駆動電流
Ｉu 、Ｉv 、Ｉw の大きさを第１〜第３のインバータ回
路５２Ａ〜５２Ｃにそれぞれ設けられたコイルからなる
電流センサ５３により検出し、検出結果を上述のように
第１〜第３の第１〜第３の駆動電流検出信号Ｓ３Ａ〜Ｓ
３Ｃとして制御基板２３の１チップマイクロコンピュー
タ２７の第１のアナログ／ディジタル変換回路４５（図
１１）に送出するようになされている。

【００５３】（３）１チップマイクロコンピュータ２７
の各処理ブロックの詳細構成 ここで、１チップマイクロコンピュータ２７の演算処理
ブロック４０、ロータ軸回転角度検出処理ブロック４
２、トルク−３相電流信号変換処理ブロック４３及び電
流制御処理ブロック４４について、それぞれ構成を詳細
に説明する。

【００５４】（３−１）演算処理ブロック４０の詳細構
成 まず演算処理ブロック４０は、図１１からも明らかなよ
うに、ＣＰＵ（Central Processing Unit ）６０と、各
種プログラムが格納されたＲＯＭ（Read OnlyMemory）
６１と、ＣＰＵ６０のワークメモリとしてのＲＡＭ（Ra
ndom Access Memory）６２と、汎用のパラレル通信に対
応したパラレル通信用入出力回路６３と、上位コントロ
ーラとの間の入出力インターフェース回路でなるシリア
ル通信用入出力回路６４と、サーボ割込みのための１
〔ms〕周期のサーボ割込信号Ｓ１０及びＰＷＭ周期であ
る50〔μm 〕周期のＰＷＭパルス信号Ｓ１１を発生する
カウンタ・タイマ・コントロール回路６５と、カウンタ
・タイマ・コントロール回路６５からサーボ割込信号Ｓ
１０が正しく発生されているかをＣＰＵ６０が判断する
ための１〔ms〕周期以上の所定周期の基準信号でなるウ
ォッチドッグ信号Ｓ１２を発生するウォッチドッグ信号
発生回路６６とがＣＰＵバス６７を介して相互に接続さ
れることにより構成されている。

【００５５】この場合ＣＰＵ６０は、シリアル通信用入
出力回路６４を介して上位コントローラから電源電圧
（５〔Ｖ〕）が供給されると、まずＲＯＭ６１に格納さ
れた初期プログラムに基づいて、パラレル通信用入出力
回路６３、シリアル通信用入出力回路６４、カウンタ・
タイマ・コントロール回路６５、ロータ軸回転角度検出
処理ブロック４２、トルク−３相電流信号変換処理ブロ
ック４３、電流制御処理ブロック４４に対する各種初期
値やパラメータの設定処理等の立上がり処理を実行す
る。

【００５６】またＣＰＵ６０は、この結果としてカウン
タ・タイマ・コントロール回路６５から与えられるサー
ボ割込信号Ｓ１０及びＲＯＭ６１に格納された対応する
プログラムに基づいて、上述のように目標回転トルクＴ
0 を生成するモータ回転制御演算処理や、進相制御処
理、温度補償制御処理及びシリアル通信制御処理を１
〔ms〕内に時分割的に実行する。なおこれら各処理モー
ド時におけるＣＰＵ６０の処理については後述する。

【００５７】ここでシリアル通信用入出力回路６４の構
成について説明する。このシリアル通信用入出力回路６
４においては、ＲＳ−２３２Ｃシリアル通信方式及び同
期式シリアル通信方式のいずれにも対応できるように構
成されている。

【００５８】実際上シリアル通信用入出力回路６４は、
例えばＲＳ−２３２Ｃシリアル通信方式での通信時に
は、２本のラインを用いて送信信号としてのＴＸＤ信
号、受信信号としてのＲＸＤ信号を送受することにより
通信を行う。このときデータ転送速度は9600〔ビット／
秒〕、転送データ長は８ビット、ストップビット１ビッ
ト及びスタートビット１ビットで、パリティビットなし
のデータ構造により転送フォーマットで上位コントロー
ラとの通信が行われる。

【００５９】またシリアル通信用入出力回路６４は、同
期式シリアル通信方式での通信時には、３本のラインを
用いて送信信号としてのＴＸＤ信号、受信信号としての
ＲＸＤ信号及び同期クロック信号を送受することにより
通信を行う。このときデータ転送速度は800 又は1500
〔キロビット／秒〕、同期キャラクタデータは２バイ
ト、転送データ長は１バイト（８ビット）から数十バイ
トのデータ構造による転送フォーマットで上記コントロ
ーラとの通信が行われる。

【００６０】そしてこの通信方式では、高速にデータ通
信を行えるため実時間でコマンドを与えることができ
る。なおＮバイトのデータを転送する場合、１フレーム
のデータ構造は、「同期キャラクタ１＋同期キャラクタ
２＋データ１（８ビット）＋データ２（８ビット）＋…
…＋データＮ（８ビット）＋同期キャラクタ１＋同期キ
ャラクタ２」のような構造となる。

【００６１】（３−２）ロータ軸回転角度検出処理ブロ
ック４２の詳細構成 次にロータ軸回転角度検出処理ブロック４２の構成を詳
細に説明する。なおその前提として、先にロータ軸磁極
角度センサ２２（図１）の構成について説明する。

【００６２】まずロータ軸磁極角度センサ２２において
は、樹脂マグネット２５が、ロータマグネット８と同極
に着磁され、当該ロータマグネット８と同位相でロータ
基体７に固着されている。そして樹脂マグネット２５の
着磁パターンは、最大磁束密度をφ0 として、磁束密度
φ（θp ）が図１２及び次式

【００６３】

【数１】

【００６４】となるように選定されている。

【００６５】ここでθp はロータ軸６の磁束角度であ
る。そしてこの磁極角度θp とロータ軸６の機械的な回
転角度θm との関係は、磁極数をＰ（本実施の形態にお
いては４）として次式

【００６６】

【数２】

【００６７】と表すことができる。

【００６８】一方ロータ軸磁極角度センサ２２の第１〜
第４のホール素子２６Ａ〜２６Ｄは、図８（Ｂ）につい
て上述したように樹脂マグネット２５と対向し、かつロ
ータ軸６と同心円上の次式

【００６９】

【数３】

【００７０】

【数４】

【００７１】

【数５】

【００７２】

【数６】

【００７３】で与えられる位置に位置するように制御基
板２３に搭載されている。

【００７４】なお（３）式〜（６）式において、θ0 は
１つのコイル１１の位置を原点とする座標位置を示し、
以下においては１つのＵ相のコイル１１Ａの極中心位置
をθ0 ＝０とする（図４（Ａ）参照）。さらに座標位置
θ0 が次式

【００７５】

【数７】

【００７６】で与えられるその隣のコイル１１Ｂ、１１
ＦをＶ相とし、座標位置θ0 が次式

【００７７】

【数８】

【００７８】で与えられるコイル１１Ｆ、１１ＣをＷ相
とする。なお極中心位置がθ0 ＝０のコイル１１Ａと18
0 〔°〕対向するコイル１１ＤはＵ相となる。

【００７９】因にステータ鉄心１０（図３）の極数Ｐs
（本実施の形態においては４）と、樹脂マグネット２５
の磁極数Ｐとの関係は、次式

【００８０】

【数９】

【００８１】で与えられる。

【００８２】そして上述のように配置された第１〜第４
のホール素子２６Ａ〜２６Ｄの出力Ｓh1、Ｓh2、Ｓh3、
Ｓh4は、これら第１〜第４の素子２６Ａ〜２６Ｄのセン
サ感度係数をＧ0 、ロータ軸６の回転角度をθm として
それぞれ次式

【００８３】

【数１０】

【００８４】

【数１１】

【００８５】

【数１２】

【００８６】

【数１３】

【００８７】のようになる。従ってロータ軸６が１回転
するとき、第１〜第４のホール素子２６Ａ〜２６Ｄの出
力Ｓh1、Ｓh2、Ｓh3、Ｓh4の信号レベルが樹脂マグネッ
ト２５の磁極数Ｐに比例して変化する。

【００８８】ただし実際上は組み立ての際にロータ軸６
と、第１〜第４のホール素子２６Ａ〜２６Ｄのセンサ面
との直角度に精度誤差が生じたり、同心度に誤差が生じ
るため、これら誤差をそれぞれφe1、φe2、θe1、θe2
として、第１〜第４のホール素子２６Ａ〜２６Ｄの実際
の出力Ｓh1′、Ｓh2′、Ｓh3′、Ｓh4′は、それぞれ次
式

【００８９】

【数１４】

【００９０】

【数１５】

【００９１】

【数１６】

【００９２】

【数１７】

【００９３】となる。

【００９４】そしてこれら実際の第１及び第２のホール
素子２６Ａ、２６Ｂの各出力Ｓh1′、Ｓh2′を加算した
第１のセンサ信号Ｓh12 （本実施の形態においては、図
９の第１のロータ軸磁極角度センサ信号Ｓ２Ａに相当）
と、第３及び第４のホール素子２６Ｃ、２６Ｄの各出力
Ｓh3′、Ｓh4′を加算した第２のセンサ信号Ｓh34 （本
実施の形態においては、図９の第２のロータ軸磁極角度
センサ信号Ｓ２Ｂに相当）は、θe1、θe2が十分に小さ
いものとして、それぞれ次式

【００９５】

【数１８】

【００９６】

【数１９】

【００９７】として表すことができる。なおこの第１及
び第２のセンサ信号Ｓh12 、Ｓh34 の波形を図１３に示
す。

【００９８】そしてこれら第１及び第２のセンサ信号Ｓ
h12 、Ｓh34 に基づいて、以下の手順によりロータ軸６
の磁極角度θp 及びロータ軸磁極回転速度Ｐmlを求める
ことができる。

【００９９】すなわち、まずその初期値を０として磁極
角度演算値θx を設定し、次式

【０１００】

【数２０】

【０１０１】を演算する。

【０１０２】そしてＥθx ＝０とならない場合には、θ
x を次式

【０１０３】

【数２１】

【０１０４】により算出する。ここでＫrp１は比例ゲイ
ン、Ｋri１は積分ゲインをそれぞれ示し、ともに正の定
数である。

【０１０５】この算出したθx を用いて（２０）式を再
び演算し、この後Ｅθx ＝０となるまでこれを繰り返
す。この結果Ｅθx はゼロ値に収束してゆき、このとき
θx が次式

【０１０６】

【数２２】

【０１０７】として与えられ、これがすなわちロータ軸
磁極回転角度Ｐmlに相当する。

【０１０８】またこのようにしてロータ軸磁極回転角度
Ｐmlが得られると、ロータ軸磁極回転角度Ｐmlと、磁極
角度θp との間に次式

【０１０９】

【数２３】

【０１１０】の関係があることから、ロータ軸磁極回転
角度Ｐmlに基づいて磁極角度θp も求めることができ
る。なお（２３）式においてＮx は０以上の整数を表
す。

【０１１１】かかる原理に基づいてロータ軸回転角度検
出処理ブロック４２は、図１４に示すように構成されて
いる。そしてこのロータ軸回転角度検出処理ブロック４
２では、ロータ軸磁極角度センサ２２から第２のアナロ
グ／ディジタル変換回路４６を介して与えられる第１及
び第２のロータ軸磁極角度センサデータＤ２Ａ、Ｄ２Ｂ
を演算器７０に入力する。

【０１１２】このとき演算器７０には、後述のように関
数変換器７１から先行して算出した磁極角度演算値θx
の正弦値（ｓｉｎθx ）及び余弦値（ｃｏｓθx ）が与
えられる。

【０１１３】かくして演算器７０は、第１及び第２のロ
ータ軸磁極角度センサデータＤ２Ａ、Ｄ２Ｂと、先行し
て算出した磁極角度演算値θx の正弦値及び余弦値とに
基づいて（２０）式を演算することにより、（２）式で
与えられる磁極角度θp と、そのときのθx との誤差を
演算し、演算結果を第１の乗算器７２に送出する。

【０１１４】そしてこの乗算結果には、この後第１の乗
算器７２において次式

【０１１５】

【数２４】

【０１１６】（ただしＳはラプラス演算子）で与えられ
る積分ゲインが乗算され、第２の乗算器７３において比
例ゲインＫrp１が乗算され、加算器７４において１／Ｓ
（Ｓはラプラス演算子）が乗算される。

【０１１７】この結果加算器７４から磁極角度演算値θ
x が出力されて、これが関数変換器７１に送出されると
共に、磁極角度演算器７５に与えられる。かくして磁極
角度演算器７５は、このときの磁極角度演算値θx の値
をロータ軸磁極角度Ｐmlとしてレジスタ４１（図１１）
に格納する。

【０１１８】またこのとき磁極角度演算器７５は、これ
と共に（２３）式におけるＮx の値を０から順番に増加
させながら０から２πまでの範囲に入るθp の値を求
め、これを磁気角度θp としてトルク−３相電流信号変
換処理ブロック４３に送出する。

【０１１９】このようにしてロータ軸回転角度検出処理
ブロック４２では、第１及び第２のロータ軸磁極角度セ
ンサデータＤ２Ａ、Ｄ２Ｂに基づいて磁極角度θp 及び
ロータ軸磁極回転角度Ｐmlを検出する。

【０１２０】なおロータ軸回転角度検出処理ブロック４
２において、上述のような磁気角度θp 及びロータ軸磁
極回転角度Ｐm1の演算処理は、演算処理ブロック４０の
カウンタ・タイマ・コントロール回路６５から与えられ
るＰＷＭパルス信号Ｓ１１に基づいて行われる。

【０１２１】従ってこのロータ軸回転角度検出処理ブロ
ック４２から出力される磁気角度θp 及びロータ軸磁極
回転角度Ｐm1は、ＰＷＭパルス信号Ｓ１１の周期である
50〔μs 〕毎に更新される。

【０１２２】（３−３）トルク−３相電流信号変換処理
ブロック４３の詳細構成 トルク−３相電流信号変換処理ブロック４３は、図１５
に示すように、レジスタ４１（図１１）に格納された目
標回転トルクＴ0 を後述のＰＷＭパルス周期（50〔μs
〕周期）で読み出し、当該目標回転トルクＴ0 と、ロ
ータ軸回転角度検出処理ブロック４２（図１４）から与
えられる磁極角度θp とに基づいて次式

【０１２３】

【数２５】

【０１２４】

【数２６】

【０１２５】

【数２７】

【０１２６】を演算することにより、第１〜第３の電流
指令値Ｕr 、Ｖr 及びＷr を算出し、これらを電流制御
処理ブロック４４（図１１）に送出する。

【０１２７】なおこの第１〜第３の電流指令値Ｕr 、Ｖ
r 及びＷr の演算処理は、演算処理ブロック４０のカウ
ンタ・タイマ・コントロール回路６５から与えられるＰ
ＷＭパルス信号Ｓ１１に基づいて行われる。従ってこれ
ら第１〜第３の電流指令値Ｕr 、Ｖr 及びＷr もＰＷＭ
パルス信号Ｓ１１の周期である50〔μs 〕毎に更新され
る。

【０１２８】（３−４）電流制御処理ブロック４４の詳
細構成 一方電流制御処理ブロック４４には、図１６に示すよう
に、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の各コイル１１にそれぞれ対応
させて、減算回路８０Ａ〜８０Ｃ、第１及び第２の乗算
回路８１Ａ〜８１Ｃ、８２Ａ〜８２Ｃ及びＰＷＭ変換器
８３Ａ〜８３Ｃからなる第１〜第３の信号処理系８４Ａ
〜８４Ｃが設けられている。

【０１２９】そしてこの電流制御処理ブロック４４で
は、これら第１〜第３の信号処理系８４Ａ〜８４Ｃにお
いて、トルク−３相電流信号変換処理ブロック４３（図
１５）から与えられる第１〜第３の電流指令値Ｕr 、Ｖ
r 、Ｗr と、パワー基板２４から与えられる第１〜第３
の駆動電流検出信号Ｓ３Ａ〜Ｓ３Ｃとに基づいて、電圧
変動の補償処理を含む所定の信号処理を施しながら、第
１〜第３のＰＷＭ信号Ｓ４Ａ〜Ｓ４Ｃ及び第１〜第３の
基準信号Ｓ５Ａ〜Ｓ５Ｃを生成し得るようになされてい
る。

【０１３０】実際上第１〜第３の信号処理系８４Ａ〜８
４Ｃにおいては、それぞれ供給される第１〜第３の電流
指令値Ｕr 、Ｖr 及びＷr と、第１〜第３の駆動電流検
出信号Ｓ３Ａ〜Ｓ３Ｃとの誤差を減算回路８０Ａ〜８０
Ｃにおいて検出し、検出結果を第１の乗算回路８１Ａ〜
８１Ｃに送出する。

【０１３１】そして第１〜第３の信号処理系８４Ａ〜８
４Ｃでは、この後この誤差を０に収束させるため、この
誤差に対して各第１の乗算回路８１Ａ〜８１Ｃにおいて
ラプラス演算子をＳとして次式

【０１３２】

【数２８】

【０１３３】で与えられる積分ゲインを乗算し、乗算結
果に第２の乗算回路８２Ａ〜８２Ｃにおいて比例ゲイン
Ｋrpを乗算する。

【０１３４】そしてこのようにして得られたそれぞれ次
式

【０１３５】

【数２９】

【０１３６】

【数３０】

【０１３７】

【数３１】

【０１３８】で与えられる各第２の乗算回路８２Ａ〜８
２Ｃから出力される値Ｘ1 、Ｘ2 、Ｘ3 が、それぞれＵ
相、Ｖ相及びＷ相の各コイル１１に実際に印加すべき駆
動電流の電流値であり、これら値Ｘ1 、Ｘ2 、Ｘ3 がそ
れぞれ対応するＰＷＭ変換器８３Ａ〜８３Ｃに与えられ
る。

【０１３９】そして各ＰＷＭ変換器８３Ａ〜８３Ｃは、
それぞれ供給される値Ｘ1 、Ｘ2 、Ｘ3 に基づいて、そ
れぞれ50〔μs 〕周期のパルスのパルス幅を制御するこ
とにより第１〜第３のＰＷＭ信号Ｓ４Ａ〜Ｓ４Ｃと、第
１〜第３の基準信号Ｓ５Ａ〜Ｓ５Ｃとを発生する。

【０１４０】実際上各ＰＷＭ変換器８３Ａ〜８３Ｃは、
図１７に示すように、それぞれ供給される値Ｘ1 、Ｘ2
、Ｘ3 を図示しない内部レジスタにセットし、値Ｘ1
、Ｘ2、Ｘ3 が正のときには、当該値Ｘ1 、Ｘ2 、Ｘ3
を演算処理ブロック４０のカウンタ・タイマ・コントロ
ール回路６５から与えられる50〔μs 〕周期のＰＷＭパ
ルス信号Ｓ１１の立ち上がりエッジ毎に第１のＰＷＭパ
ルス信号発生回路８５Ａ内のダウンカウンタ（図示せ
ず）にセットする。

【０１４１】そしてこのダウンカウンタは、演算処理ブ
ロック４０（図１１）のＣＰＵクロック（0.1 〔μs
〕）の立ち上がりエッジ毎にカウンタ値を減少させて
ゼロ値で停止する。従って第１のＰＷＭパルス信号発生
回路８５Ａの出力は、ダウンカウンタのカウント値がゼ
ロ値になるまで出力が論理「１」レベル、カウンタ値が
ゼロ値となってからは論理「０」レベルとなる。

【０１４２】また次のＰＷＭパルス信号Ｓ１１の立ち上
がりエッジで再びレジスタに格納された値Ｘ1 、Ｘ2 、
Ｘ3 が第１のＰＷＭパルス信号発生回路８５Ａのダウン
カウンタに再びセットされて上述の処理が繰り返され
る。

【０１４３】従って第１のＰＷＭパルス信号発生回路８
５Ａからは、レジスタに格納される値Ｘ1 、Ｘ2 、Ｘ3
が更新されるまで、当該値Ｘ1 、Ｘ2 、Ｘ3 に比例した
一定のパルス幅Ｔonの第１〜第３のＰＷＭ信号Ｓ４Ａ〜
Ｓ４Ｃが出力され、第２のＰＷＭパルス信号発生回路８
５Ａからは、論理「０」レベルの基準信号Ｓ５Ａ〜Ｓ５
Ｃが出力される。

【０１４４】一方、各ＰＷＭ変換器８３Ａ〜８３Ｃにお
いては、値Ｘ1 、Ｘ2 、Ｘ3 が負の値であった場合には
その絶対値を演算して正の整数に変換した後、この値を
第２のＰＷＭパルス信号発生回路８５Ｂ内のダウンカウ
ンタ（図示せず）にセットする。

【０１４５】この結果このときには第２のＰＷＭパルス
信号発生回路８５Ｂからは、上述の第１のＰＷＭパルス
信号発生回路８５Ａと同様にして、レジスタに格納され
る値Ｘ1 、Ｘ2 、Ｘ3 が更新されるまで、当該値Ｘ1 、
Ｘ2 、Ｘ3 に比例した一定のパルス幅Ｔonの第１〜第３
のＰＷＭ信号Ｓ４Ａ〜Ｓ４Ｃが出力される。またこのと
き第１のＰＷＭパルス信号発生回路８５Ｂからは、論理
「０」レベルの基準信号Ｓ５Ａ〜Ｓ５Ｃが出力される。

【０１４６】このようにして第１〜第３のＰＷＭ変換器
８３Ａ〜８３Ｃにおいては、供給される値Ｘ1 、Ｘ2 、
Ｘ3 に応じたパルス幅Ｔonの第１〜第３のＰＷＭ信号Ｓ
４Ａ〜Ｓ４Ｃ及び第１〜第３の基準信号Ｓ５Ａ〜Ｓ５Ｃ
を生成し、これをそれぞれ第３のケーブル３３を介して
パワー基板２４のコイル駆動ブロック３４に送出するよ
うになされている。

【０１４７】（４）コイル駆動電流と出力トルクの関係 ここでこのＡＣサーボモータ１におけるモータ部２のＵ
相、Ｖ相及びＷ相の各コイル１１に印加する駆動電流Ｉ
u 、Ｉv 、Ｉw と、出力軸１８を介して外部に出力され
る回転トルク（以下、出力トルクと呼ぶ）との関係につ
いて説明する。

【０１４８】まずＵ相、Ｖ相及びＷ相の各コイル１１に
駆動電流Ｉu 、Ｉv 、Ｉw を印加したときにおけるこれ
らＵ相、Ｖ相及びＷ相の各コイル１１の交差する磁束密
度をφu 、φv 、φw とすると、出力トルクＴ（θp ）
は、モータ部２のロータ軸６の磁極角度θp を用いて次
式

【０１４９】

【数３２】

【０１５０】のように与えられる。なおこの（３２）式
において、Ｋ0 は各コイル１１に駆動電流Ｉu 、Ｉv 、
Ｉw を印加したときの一定の係数値を表す。

【０１５１】ここでＵ相、Ｖ相及びＷ相の各コイル１１
に印加する駆動電流Ｉu 、Ｉv 、Ｉw は、上述のように
それぞれ次式

【０１５２】

【数３３】

【０１５３】

【数３４】

【０１５４】

【数３５】

【０１５５】のように制御され、このため各磁束密度は
φu 、φv 、φw はそれぞれ次式、

【０１５６】

【数３６】

【０１５７】

【数３７】

【０１５８】

【数３８】

【０１５９】となる。

【０１６０】従って出力トルクＴ（θp ）は、これら
（３３）式〜（３８）式を（３２）式に代入して、次式

【０１６１】

【数３９】

【０１６２】と表すことができる。

【０１６３】従ってこのＡＣサーボモータ１では、各コ
イル１１に印加する駆動電流Ｉu 、Ｉv 、Ｉw の大きさ
に比例した出力トルクが得られることが分かる。

【０１６４】（５）ＡＣサーボモータ１におけるソフト
ウェア制御 次にこのＡＣサーボモータ１の演算処理ブロック４０
（図１１）におけるソフトウェア制御について説明す
る。

【０１６５】演算処理ブロック４０では、上述のように
ＣＰＵ６０がカウンタ・タイマ・コントロール回路６５
から与えられるサーボ割込信号Ｓ１０及びＲＯＭ６１に
格納された対応するプログラムに基づいて、１〔ms〕内
に時分割的にモータ回転制御演算処理、進相制御処理、
温度補償制御処理及びシリアル通信制御処理を実行す
る。以下、これら各処理モード時におけるＣＰＵ６０の
処理について説明する。

【０１６６】（５−１）モータ回転制御演算処理モード
時におけるＣＰＵ６０の処理 モータ回転制御演算処理モード時におけるＣＰＵ６０の
処理は、上述のように上位コントローラから与えられる
指定回転位置、指定回転速度又は指定回転トルクの値の
指定に応じた目標回転トルクＴ0 を算出することであ
る。

【０１６７】そしてＣＰＵ６０は、この目標回転トルク
Ｔ0 を、上位コントローラから指定回転位置Ｐref が与
えられている場合には、ロータ軸回転角度検出処理ブロ
ック４２によりレジスタ４１に格納されるロータ軸磁極
回転角度Ｐm1に基づいて出力軸１８（図１）の回転位置
Ｐm を算出すると共に、この回転位置Ｐm を用いて次式

【０１６８】

【数４０】

【０１６９】

【数４１】

【０１７０】をそれぞれ演算することにより、指定回転
位置Ｐref に対する目標の回転速度Ｖmrefと、出力軸の
現在の回転速度Ｖm とを算出する。そしてこのようにし
て得られた（４０）式及び（４１）式から次式

【０１７１】

【数４２】

【０１７２】の演算を実行することにより目標回転トル
クＴ0 を算出する。

【０１７３】また上位コントローラから指定回転速度Ｖ
ref が与えられている場合には、（４１）式を用いて出
力軸１８の現在の回転速度Ｖm を算出し、この回転速度
Ｖmに基づいて次式

【０１７４】

【数４３】

【０１７５】を演算することにより目標回転トルクＴ0
を算出する。また上位コントローラから指定回転トルク
Ｔref が与えられている場合には、これをそのまま目標
回転トルクＴ0 とする。

【０１７６】なおこれら（４０）〜（４３）式におい
て、Ｓはラプラス演算子を示し、Ｋpp、Ｋvi及びＫvpは
それぞれ上位コントローラにより設定される制御ゲイン
パラメータを表す。この制御ゲインパラメータＫpp、Ｋ
vi及びＫvpの値を変化させることにより、指定回転角度
Ｐref や指定回転速度Ｖref に対するＡＣサーボモータ
１の応答を変化させることができる。

【０１７７】因にこのようなモータ回転制御演算処理モ
ード時におけるＣＰＵ６０の具体的な処理手順を図１８
に示す。

【０１７８】ＣＰＵ６０は、上位コントローラから指定
回転角度Ｐref が与えられた場合、まずレジスタ４１に
格納された第１及び第２の絶対角度センサデータＤ１
Ａ、Ｄ１Ｂに基づいてロータ軸６の磁極回転数（以下、
ロータ軸磁極回転数と呼ぶ）Ｎm を算出する（ステップ
ＳＰ１）。

【０１７９】なおロータ軸磁極回転数Ｎm とは、ロータ
軸６の回転に伴いロータ軸磁極角度センサ２２の第１〜
第４のホール素子２６Ａ〜２６Ｄにより検出される樹脂
マグネット２５の隣接する一対のＮ極及びＳ極による磁
束変化を１回転とする回転数と定義する。この実施の形
態においては、樹脂マグネット２５は４極に着磁されて
いるため、ロータ軸６が機械的に１回転するとロータ軸
磁極回転数Ｎm は２となる。

【０１８０】そしてこのロータ軸磁極回転数Ｎm は、図
１９に示すロータ軸磁極回転数検出処理手順に従って、
それぞれｓｉｎθg 、ｃｏｓθg で表される第１及び第
２の１回転絶対角度センサ信号Ｓ１Ａ、Ｓ１Ｂの位相θ
g をレジスタ４１に格納された第１及び第２の絶対角度
センサデータＤ１Ａ、Ｄ１Ｂに基づいてソフトウエア処
理により算出し（ステップＳＰ１Ａ）、この位相θg に
トルク増幅部３の遊星ギア機構部１６のギア比Ｎを乗算
し（ステップＳＰ１Ｂ）、この乗算結果を２πで割り算
してその割算結果の整数部分にロータ軸磁極角度センサ
２２（図１）の樹脂マグネット２５の磁極数（本実施の
形態においては４）の半分の値Ｎp を乗算する（ステッ
プＳＰ１Ｃ）ことにより得ることができる。

【０１８１】またＣＰＵ６０は、図１８に示すように、
このようにして算出したロータ軸磁極回転数Ｎm と、レ
ジスタ４１に格納されたロータ軸磁極回転角度データＰ
m1とに基づき、次式

【０１８２】

【数４４】

【０１８３】で与えられるＰm0を初期値として、次式

【０１８４】

【数４５】

【０１８５】の演算を実行することによりそのときの出
力軸１８の回転角度Ｐm を算出する（ステップＳＰ
２）。

【０１８６】そしてＣＰＵ６０は、指定回転角度Ｐref
からこの回転角度Ｐm を減算することにより、指定回転
角度Ｐref に対する誤差（以下、これを回転角度誤差と
呼ぶ）Ｐe を検出する（ステップＳＰ３）。

【０１８７】続いてＣＰＵ６０は、この回転角度誤差Ｐ
e に比例ゲインＫppを乗算することにより、指定回転角
度Ｐref に対する目標回転角度Ｖmrefを算出する（ステ
ップＳＰ４）。

【０１８８】次いでＣＰＵ６０は、レジスタ４１に格納
されたロータ軸磁極回転角度Ｐm1を微分することにより
そのときの出力軸の回転速度Ｖm を算出する（ステップ
ＳＰ５）と共に、この後ステップＳＰ４において算出し
た目標回転速度ＶmrefからステップＳＰ５において算出
した回転速度Ｖm を減算することにより速度誤差Ｖeを
算出する（ステップＳＰ６）。

【０１８９】続いてＣＰＵ６０は、この速度誤差Ｖe に
次式

【０１９０】

【数４６】

【０１９１】で与えられる速度積分ゲイン及び比例ゲイ
ンＫvpを順次乗算する（ステップＳＰ７及びステップＳ
Ｐ８）。これにより目標回転トルクＴ0 を得ることがで
きる。

【０１９２】なおＣＰＵ６０は、モータ回転制御演算処
理モード時、上位コントローラから指定回転速度Ｖref
が与えられているときにはこの処理をステップＳＰ６に
から開始し、回転トルクＴref が与えられているときに
はこれをそのまま目標回転トルクＴ0 としてレジスタ４
１に格納する。

【０１９３】（５−２）進相制御処理モード時における
ＣＰＵ６０の処理 まず進相制御について説明する。モータ部２のＵ相、Ｖ
相及びＷ相の各コイル１１に供給する各駆動電流Ｉu 、
Ｉv 、Ｉw は、それぞれトルク−３相電流信号変換処理
ブロック４３及び電流制御処理ブロック４４においてそ
れぞれ（３３）式、（３４）式及び（３５）式となるよ
うに制御される。

【０１９４】このとき例えばロータ９が高速に回転して
いると、パワー基板２４の各インバータ回路５２Ａ〜５
２Ｃにこれら（３３）式、（３４）式及び（３５）式の
ような駆動電流Ｉu 、Ｉv 、Ｉw が与えられても実際に
Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の各コイル１１に流れる駆動電流Ｉ
u 、Ｉv 、Ｉw はコイル１１のインピーダンスにより遅
れが生じ、この結果出力トルクが低下する。

【０１９５】進相制御とは、この問題を改善するために
次式

【０１９６】

【数４７】

【０１９７】

【数４８】

【０１９８】

【数４９】

【０１９９】のようにＵ相、Ｖ相及びＷ相の各コイル１
１に印加する駆動電流Ｉu 、Ｉv 、Ｉw の位相を予めロ
ータ９の回転速度に応じた補正値θoff 分だけ進ませて
おく制御のことである。

【０２００】そして実際上ＣＰＵ６０は、この進相制御
処理として補正値θoff を例えば図１８におけるステッ
プＳＰ５において算出した回転速度Ｖm を利用して、次
式

【０２０１】

【数５０】

【０２０２】により算出してこれらをトルク−３相電流
信号変換処理ブロック４３に与えることにより、当該ト
ルク−３相電流信号変換処理ブロック４３において発生
させる第１〜第３の電流指令値Ｕr 、Ｖr 、Ｗr をそれ
ぞれ（４７）式〜（４９）式のように補正値θoff 分だ
け進相させるように制御する。

【０２０３】なお（５０）式においてＫv は、出力軸１
８の回転速度の大きさと、進相補正の量との関係を決め
るゲインで、モータ部２の各コイル１１の仕様により決
定される定数である。

【０２０４】（５−３）温度補償制御処理モード時にお
けるＣＰＵ６０の処理 永久磁石を用いたＡＣサーボモータでは、コイルに流れ
る電流による発熱や渦電流損による発熱が生じる。こう
した熱により永久磁石の磁気特性が変化する。一般的に
高温の雰囲気でコイル電流を流し、高い磁束密度を加え
ると永久磁石は減磁してしまう。このためコイル電流の
最大値は、安全性をもたせるために一般的に低く抑えら
れた設計となっている。

【０２０５】温度補償制御とは、温度により許容される
最大電流を制御することにより永久磁石のもつ磁気特性
を有効に利用する制御である。

【０２０６】この実施の形態の場合、図９に示すよう
に、制御基板２３の温度センサ２９から出力される温度
センサ信号Ｓ１４が１チップマイクロコンピュータ２７
の第４のアナログ／ディジタル変換回路４８を介して温
度センサデータＤ１４としてレジスタ４１に格納され
る。

【０２０７】そしてＣＰＵ６０は、この温度センサデー
タＤ１４の値ＴＨに基づいて、（３３）式〜（３５）式
におけるＩ0 の最大値Ｉmax を次式

【０２０８】

【数５１】

【０２０９】により演算し、この演算結果に基づいてト
ルク−３相電流信号変換処理ブロック４３を制御するこ
とにより、モータ部２のＵ相、Ｖ相及びＷ相の各コイル
１１に流す駆動電流Ｉu 、Ｉv 、Ｉw の上限を設定す
る。なおＫthは、永久磁石（本実施の形態においてはロ
ータ９のロータマグネット８（図１））の温度特性に応
じて決まる温度係数である。

【０２１０】（５−４）シリアル通信処理モード時にお
けるＣＰＵ６０の処理 ＣＰＵ６０は、シリアル通信処理モード時、上位コント
ローラとの間で通信を行い、制御コマンドや変更パラメ
ータを入力し、またはモニタ用に内部信号を送信する。

【０２１１】（５−５）外力推定処理モード時における
ＣＰＵ６０の処理 ここでこのＡＣサーボモータ１の場合、演算処理ブロッ
ク４０では、上述のようなモータ回転制御演算処理、進
相制御処理、温度補償制御処理及びシリアル通信制御処
理に加えて、出力軸１８に与えられる外力（負荷トル
ク）の大きさを推定し得るようになされている。

【０２１２】この場合一般的なモータにおける出力トル
クＴm と、ロータの機械的な回転角度θm と、出力軸に
与えられる外力Ｔd と、ギア機構の出力角度（以下、出
力軸の回転角度とする）θg との関係は、図２０のよう
に表すことができる。

【０２１３】すなわちロータの機械的な回転角度θm
は、出力トルクＴm からギア機構の構造的な負荷トルク
Ｔdmを減算し、その減算結果に次式

【０２１４】

【数５２】

【０２１５】を乗算することにより算出することができ
る。なおＪm はロータの慣性モーメントを表し、Ｄm は
ロータの軸受け等との摩擦係数を表す。

【０２１６】また出力軸の回転角度θg は、外力Ｔd
と、ギア機構の構造的な負荷トルクＴdmにギア機構のギ
ア比Ｎを乗算した乗算結果（以下、これを構造的出力軸
負荷トルクと呼ぶ）Ｔdlとを加算し、この加算結果Ｔdl
に次式

【０２１７】

【数５３】

【０２１８】を乗算することにより算出することができ
る。なおＪl はギア機構における慣性モーメント、Ｄl
はギア機構内における摩擦係数、Ｓはラプラス演算子を
それぞれ示す。

【０２１９】そしてギア機構の構造的な負荷Ｔdmは、出
力軸の回転角度θg にギア機構におけるギア比Ｎを乗算
した乗算結果をモータロータの機械的な回転角度θm か
ら減算し、減算結果にギア機構におけるばね係数Ｋg を
乗算することにより算出することができる。

【０２２０】かかる原理に基づいて、ＣＰＵ６０は、図
２１に示す以下の手順に従って外部から出力軸１８に与
えられる外力の大きさを推定する。

【０２２１】すなわちＣＰＵ６０は、まず外力の推定値
（以下、これを外力推定値と呼ぶ）Ｔdeとして適当な大
きさの初期値を発生し、当該外力推定値Ｔdeと、遊星歯
車機構１６の構造的出力軸負荷トルクＴdlとの加算結果
に次式

【０２２２】

【数５４】

【０２２３】を乗算することにより出力軸１８の数学モ
デル的な回転角度θgmを算出する。

【０２２４】そして演算により求められる実際の出力軸
１８の回転角度θg からこの回転角度θgmを減算するこ
とにより、実際の回転角度θg に対する数学モデルの回
転角度θgmの誤差（以下、これをモデル誤差と呼ぶ）Ｅ
θg を算出すると共に、このモデル誤差Ｅθg に次式

【０２２５】

【数５５】

【０２２６】で与えられる推定ゲインを乗算することに
より外力推定値Ｔdeを算出する。なおこの（５５）式に
おいて、Ｋa は一定の正の係数値である。

【０２２７】そしてＣＰＵ６０は、この後外力推定値Ｔ
deを新たに得られた外力推定値Ｔdeに順次更新しながら
上述の演算処理を繰り返す。この結果このような演算処
理を繰り返すことによってモデル誤差Ｅθg はゼロ値に
収束してゆき、これに伴って外力推定値Ｔdeも実際に出
力軸１８に与えられる外力の大きさに近づいてゆく。

【０２２８】そしてモデル誤差Ｅθg が０となったとき
の外力推定値Ｔdeが実際に出力軸１８に与えられている
外力と推定することができ、ＣＰＵ６０はこの値を演算
により得られた外力推定値Ｔdeとする。

【０２２９】そしてＣＰＵ６０は、この後この外力推定
値Ｔdeを上位コントローラに送信したり、または上位コ
ントローラの制御のもとに、この外力推定値Ｔdeに基づ
いて、出力軸１８に与えられる外力に拮抗した出力トル
クの発生及び出力トルク制御や、外力を上回る出力トル
クの発生及び出力制御、又は外力を下回る出力トルクの
発生及び出力制御を実行する。

【０２３０】なおこの実施の形態の場合においては、上
述のように１回転絶対角度センサ２１により検出される
出力軸１８の回転変位に基づいて当該出力軸１８に与え
られる外力の大きさを推定するようになされている。こ
のためトルク増幅部３の減速機構（遊星歯車機構１６）
は、出力軸１８に与えられる外力に比例して入力軸（ロ
ータ軸６）が変位を生じるのに十分な可逆駆動性（バッ
クドライバビリティ）をもつように構築されている。

【０２３１】（６）本実施の形態の動作及び効果 以上の構成において、このＡＣサーボモータ１では、上
位コントローラから与えられる指定回転角度、指定回転
速度又は指定回転トルクに基づいて制御基板２３の１チ
ップマイクロコンピュータ２７においてＵ相、Ｖ相及び
Ｗ相の各コイル１１に印加すべき駆動電流Ｉu 、Ｉv 、
Ｉw の値でなる第１〜第３の電流指令値Ｕr 、Ｖr 、Ｗ
r をそれぞれ算出し、当該算出した第１〜第３の電流指
令値Ｕr、Ｖr 、Ｗr に基づく第１〜第３のＰＷＭ信号
Ｓ４Ａ〜Ｓ４Ｃをパワー基板２４のコイル駆動ブロック
３４に送出する。

【０２３２】そしてパワー基板２４のコイル駆動ブロッ
ク３４は、供給される第１〜第３のＰＷＭ信号Ｓ４Ａ〜
Ｓ４Ｃに基づいて駆動電流Ｉu 、Ｉv 、Ｉw を生成し、
これをＵ相、Ｖ相及びＷ相の各コイル１１に印加するよ
うにしてロータ９を回転駆動する。

【０２３３】そしてこのＡＣサーボモータ１では、上述
のようにロータ９の回転を制御する制御手段としての制
御基板２３及びパワー基板２４が、ロータ９や、ステー
タ鉄心１０Ａ及びコイル１１からなるステータと一体に
モータケース４の内部に収納されているため、外部との
接続配線量を格段的に減少させることができると共に、
アクチュエータシステム全体としての配線量をも減少さ
せることができる。

【０２３４】またこの場合において、ＰＷＭ変換器８３
Ａ〜８３Ｃ（スイッチング素子）が導電材からなるモー
タケース４の内部に収納されており、このため例えば従
来のＡＣサーボモータのようにＰＷＭ信号（スイッチン
グ信号）を外部からＡＣサーボモータに与える場合に比
べてスイッチングノイズが外部に悪影響を及ぼすのを格
段的に低減することができる。またこのことからＡＣサ
ーボモータ１と上位コントローラとを接続する第２のケ
ーブル３２として比較的一般的なものを使用することが
できる。

【０２３５】さらにこのＡＣサーボモータ１では、ロー
タ軸磁極角度センサ２２をモータケース４内部における
ロータ９の近傍に配置し、当該ロータ軸磁極角度センサ
２２の出力に基づいてロータの回転角度θm を求めるよ
うにしているため、ロータ軸６を太くすることなく高精
度かつ高速の位置決めを行い得るようにすることがで
き、その分全体として小型に構築することができる。

【０２３６】またこのようにロータ軸磁極角度センサ２
２をモータケース４内部におけるロータ９の近傍に配置
しているため、機械的な変動が少なく、ロータ軸６の回
転角度を安定して検出するもことができる。

【０２３７】さらにこのＡＣサーボモータ１では、温度
センサ２９をモータケース４内部におけるロータマグネ
ット８の近傍に設けられているため、当該温度センサ２
９の出力に基づいて、ロータマグネット８の磁気特性に
応じて実際に各コイル１１に印加できる駆動電流Ｉu 、
Ｉv 、Ｉw の上限を正確にかつ容易に求めることがで
き、その分駆動電流Ｉu 、Ｉv 、Ｉw の上限を従来のよ
うに安全性を含んで設定する場合に比べて、当該上限を
上昇させて最大出力トルクを増加させることができる。

【０２３８】さらにこのＡＣサーボモータ１では、ロー
タ９及び当該ロータ９の回転を制御する制御回路とが平
面上に配置されているため、小型偏平に構築することが
できる。

【０２３９】さらにこのＡＣサーボモータ１では、構造
が簡単でかつ部品点数が少ないため、製造時における組
立作業や調整作業を容易化させ得る利点もある。

【０２４０】以上の構成によれば、上位コントローラの
制御のもとにモータ部２の回転を制御する制御基板２３
及びパワー基板２４をロータ９及びスタータと一体にモ
ータケース４の内部に収納するようにしたことによりＡ
Ｃサーボモータ１の外部との接続配線量を格段的に減少
させることができると共に、アクチュエータシステム全
体としての配線量をも減少させることができ、かくして
アクチュエータシステム全体としての構成を簡易化させ
得るＡＣサーボモータを実現できる。

【０２４１】またロータ軸６の回転角度を検出するロー
タ軸磁極角度センサ２２をモータケース４内部における
ロータ９の近傍に配置するようにしたことにより、ロー
タ軸６を太くすることなく高精度かつ高速位置決めを行
い得るようにすることができ、かくして性能を向上させ
ながら小型化をも図ることのできるＡＣサーボモータを
実現できる。

【０２４２】さらに温度センサ２９をモータケース４内
部におけるロータマグネット８の近傍に設けるようにし
たことにより、当該温度センサ２９の出力に基づいて、
ロータマグネット８の磁気特性に応じて実際に各コイル
１１に印加できる駆動電流Ｉu 、Ｉv 、Ｉw の上限を正
確にかつ容易に求めることができ、その分駆動電流Ｉu
、Ｉv 、Ｉw の上限を従来のように安全性を含んで設
定する場合に比べて、当該上限を上昇させて最大出力ト
ルクを増加させることができ、かくして性能を向上させ
得るＡＣサーボモータを実現できる。

【０２４３】（７）他の実施の形態 なお上述の実施の形態においては、本発明をＡＣサーボ
モータに適用するようにした場合について述べたが、本
発明はこれに限らず、要は、回転自在に枢支された回転
軸（本実施の形態においてはロータ軸６）と、回転軸を
回転駆動する駆動手段（本実施の形態においてはロータ
９と、ステータ鉄心１０及びコイルからなるステータ）
とがハウジング（本実施の形態においてはモータケース
４）内に収納されたアクチュエータ装置であるのなら
ば、この他種々のアクチュエータ装置に広く適用するこ
とができる。

【０２４４】また上述の実施の形態においては、例えば
ロータマグネット８を４極に着磁するようにした場合に
ついて述べたが、本発明はこれに限らず、例えば８極や
これ以外の極数に着磁するようにしても良い。

【０２４５】さらに上述の実施の形態においては、ロー
タ９の回転を制御する制御手段としての制御基板２３及
びパワー基板２４を別体に形成するようにした場合につ
いて述べたが、本発明はこれに限らず、一体に形成する
ようにしても良い。

【０２４６】さらに上述の実施の形態においては、１チ
ップマイクロコンピュータ２７が上位コントローラから
与えられる指定回転角度、指定回転速度又は指定回転ト
ルクに基づいてロータ９の回転を制御するようにした場
合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば予
めプログラムされている回転角度や、回転速度又は回転
トルクの変化パターンに基づいてロータ９の回転を制御
するようにしても良い。

【０２４７】さらに上述の実施の形態においては、ロー
タ軸６の回転変位を検出する回転軸回転変位検出手段と
してのロータ軸磁極角度センサ２２を、所定パターンで
着磁さた樹脂マグネット２５（第１の構成部）と、第１
〜第４のホール素子２６Ａ〜２６Ｄ（第２の構成部）と
で構成するようにした場合について述べたが、本発明は
これに限らず、この他種々の構成を広く適用することが
できる。

【０２４８】さらに上述の実施の形態においては、ロー
タ軸６の回転変位として、ロータ軸６の磁極角度θp を
検出するようにした場合について述べたが、本発明はこ
れに限らず、磁極角度θp 以外の回転変位情報を検出す
るようにしても良い。

【０２４９】さらに上述の実施の形態においては、ロー
タ部２においてパワー基板２４から供給される駆動電流
Ｉu 、Ｉv 、Ｉw の電流値に応じた大きさの磁界を発生
させる磁界発生手段としてコイル１１を適用するように
した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、こ
の他種々の磁界発生手段を広く適用することができる。

【０２５０】さらに上述の実施の形態においては、Ｕ
相、Ｖ相及びＷ相の各コイル１１に印加する駆動電流Ｉ
u 、Ｉv 、Ｉw の電流値を検出する駆動電流値検出手段
をコイル５３（図１０）により構成するようにした場合
について述べたが、本発明はこれに限らず、この他種々
の構成の駆動電流値検出手段を広く適用することができ
る。

【０２５１】さらに上述の実施の形態においては、制御
基板２３の１チップコンピュータ２７に、上位コントロ
ーラとの通信するためのシリアル通信機能としてＲＳ−
２３２Ｃシリアル通信機能及び同期式シリアル通信機能
をもたせるようにした場合について述べたが、本発明は
これに限らず、これ以外のシリアル通信機能をもたせる
ようにしても良い。

【０２５２】さらに上述の実施の形態においては、モー
タ部２において発生された回転トルクを増幅するトルク
増幅手段を、図５に示すような遊星歯車機構１６により
構成するようにした場合について述べたが、本発明はこ
れに限らず、この他種々の構成を広く適用することがで
きる。

【０２５３】さらに上述の実施の形態においては、出力
軸１８の回転変位を検出する出力軸回転変位検出手段と
しての１回転絶対角度センサ２１を樹脂マグネット１９
と、第１及び第２のホール素子２０Ａ、２０Ｂとにより
構成するようにした場合について述べたが、本発明はこ
れに限らず、この他種々の構成を広く適用することがで
きる。

【０２５４】さらに上述の実施の形態においては、１回
転絶対角度センサ２１から出力される第１及び第２の１
回転絶対角度センサ信号Ｓ１Ａ、Ｓ１Ｂと、ロータ軸磁
極角度センサ２２の出力に基づく第１及び第２のロータ
軸磁極角度センサ信号Ｓ２Ａ、Ｓ２Ｂとに基づいて外部
から出力軸１８に与えられる負荷トルク（外力）を検出
する演算手段を、１チップマイクロコンピュータ２７に
より構成するようにした場合について述べたが、本発明
はこれに限らず、これを１チップマイクロコンピュータ
２７と別体に設けるようにしても良い。

【０２５５】さらに上述の実施の形態においては、パワ
ー基板２４において検出されたＵ相、Ｖ相及びＷ相の各
コイル１１に印加される各駆動電流Ｉu 、Ｉv 、Ｉw に
基づいて各駆動電流Ｉu 、Ｉv 、Ｉw の電流値をフィー
ドバック制御するようにして、電源電圧の変動の影響を
減少させるようにした場合について述べたが、本発明は
これに限らず、オープンループ制御によりＶ相及びＷ相
の各コイル１１に印加される各駆動電流Ｉu 、Ｉv 、Ｉ
w の電流値を制御するようにしても良い。

【０２５６】実際上、このような方法としては、電源電
圧Ｖcmの大きさを検出し、当該検出結果に基づいて電流
制御処理ブロック４４におけるゲインＧv を次式

【０２５７】

【数５６】

【０２５８】のように可変するようにすれば良い。

【０２５９】

【発明の効果】上述のように本発明によれば、回転自在
に枢支されたロータと、ロータにトルクを発生させるス
テータとがハウジング内に収納されたアクチュエータ装
置において、ステータに駆動電流を供給する駆動回路
と、予め与えられた制御ゲインパラメータを用いて駆動
回路に与える電流指令値を算出する演算手段とをハウジ
ングに設けるようにしたことにより、当該アクチュエー
タ装置を制御する演算手段を一体とすることができ、か
くしてアクチュエータシステムの構成を簡易化させ得る
アクチュエータ装置を実現できる。

【０２６０】また本発明においては、回転自在に枢支さ
れたロータと、ロータにトルクを発生させるステータ
と、ロータ及びステータを収納するハウジングと、ロー
タに発生したトルクを増幅して出力軸を介して出力する
トルク増幅手段を有するアクチュエータ装置において、
ハウジングに設けられ、ステータに駆動電流を供給する
駆動回路と、ハウジングに設けられ、予め与えられた制
御ゲインパラメータを用いて駆動回路に与える電流指令
値を決定する演算手段と、トルク増幅手段に設けられ、
出力軸の回転角度を検出する回転角度検出手段とを設
け、演算手段が、予め与えられたトルク増幅手段の数学
的モデルを用いて回転角度検出手段の検出結果からトル
ク増幅手段の出力軸に与えられた外力の推定値を算出
し、当該推定結果に応じて電流指令値を決定するように
したことにより、当該アクチュエータ装置を制御する演
算手段を一体とすることができ、アクチュエータシステ
ムの構成を簡易化させ得るアクチュエータ装置を実現で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態によるＡＣサーボモータの構成を
示す断面図である。

【図２】ロータ及びロータ軸磁極角度センサの構成を示
す略線図である。

【図３】ロータ及びステータ鉄心の位置関係を示す略線
図である。

【図４】ステータ及びパワー基板の構成を示す略線図で
ある。

【図５】トルク増幅部の構成を示す略線図である。

【図６】１回転絶対角度センサにおける樹脂マグネット
の着磁パターンの説明に供する特性曲線図である。

【図７】１回転絶対角度センサ信号の波形を示す特性曲
線図である。

【図８】制御基板の構成を示す略線図である。

【図９】制御基板の構成を示すブロック図である。

【図１０】パワー基板の構成を示す回路図である。

【図１１】１チップマイクロコンピュータの構成を示す
ブロック図である。

【図１２】ロータ軸磁極角度センサにおける樹脂マグネ
ットの着磁パターンの説明に供する特性曲線図である。

【図１３】第１及び第２のセンサ信号（第１及び第２の
ロータ軸磁極角度センサ信号）の波形を示す特性曲線図
である。

【図１４】ロータ軸回転角度検出処理ブロックの構成を
示すブロック図である。

【図１５】トルク−３相電流信号変換処理ブロックの構
成を示すブロック図である。

【図１６】電流制御処理ブロックの構成を示すブロック
図である。

【図１７】ＰＷＭ変換器の処理の説明に供する略線図で
ある。

【図１８】モータ回転制御処理モード時におけるＣＰＵ
の演算処理の説明に供するブロック図である。

【図１９】モータ軸磁極回転数検出処理手順を示すブロ
ック図である。

【図２０】ロータ及びギア機構の関係の数学モデルを示
すブロック図である。

【図２１】外力推定処理モード時におけるＣＰＵの演算
処理の説明に供するブロック図である。

【符号の説明】

１……ＡＣサーボモータ、２……モータ部、３……トル
ク増幅部、４……モータケース、６……ロータ軸、８…
…ロータマグネット、９……ロータ、１０、１０Ａ〜１
０Ｆ……ステータ鉄心、１１、１１Ａ〜１１Ｆ……コイ
ル、１６……遊星歯車機構、１８……出力軸、１９、２
５……樹脂マグネット、２０Ａ、２０Ｂ、２６Ａ〜２６
Ｄ……ホール素子、２１……１回転絶対角度センサ、２
２……ロータ軸磁極角度センサ、２３……制御基板、２
４……パワー基板、２７……１チップマイクロコンピュ
ータ、２９……温度センサ、３１〜３３……ケーブル、
３４……コイル駆動ブロック、４０……演算処理ブロッ
ク、４２……ロータ軸回転角度検出ブロック、４３……
トルク−３相電流信号変換処理ブロック、４４……電流
制御処理ブロック、５２Ａ〜５２Ｃ……インバータ回
路、６０……ＣＰＵ、６４……シリアル通信用入出力回
路、８３Ａ〜８３Ｃ……ＰＷＭ変換器、Ｓ１Ａ、Ｓ１Ｂ
……１回転絶対角度センサ信号、Ｓ２Ａ、Ｓ２Ｂ……ロ
ータ軸磁極角度センサ信号、Ｓ３Ａ〜Ｓ３Ｃ……駆動電
流検出信号、Ｓ４Ａ〜Ｓ４Ｂ……ＰＷＭ信号、Ｓ１３…
…温度センサ信号、Ｕr 、Ｖr 、Ｗr ……電流指令値、
Ｉu 、Ｉv 、Ｉw ……駆動電流、θp ……磁気角度、Ｐ
m1……ロータ軸磁極回転角度、Ｐref ……指定回転角
度、Ｖref ……指定回転速度、Ｔref ……指定回転トル
ク、Ｔ0 ……目標回転トルク、Ｔde……外力推定値。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｐ 6/16 Ｈ０２Ｋ 11/00 Ｃ Ｅ Ｈ０２Ｐ 6/02 ３４１Ｎ Ｆターム(参考） 5H019 BB01 BB05 BB15 BB19 BB22 CC03 DD01 FF01 5H560 BB04 BB12 DA02 DC02 DC04 DC05 DC12 EB01 SS01 TT12 TT15 TT16 UA02 XA02 XA04 XA05 XA10 XA12 5H576 CC01 DD02 DD07 EE11 GG01 GG02 GG04 GG08 HA02 HB01 JJ03 JJ04 JJ16 JJ17 JJ25 LL22 LL39 LL43 MM09 MM12 5H611 AA01 BB01 BB06 BB08 PP01 QQ04 TT01 UA01 5H621 BB10 HH01 HH02 JK14 JK15

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転自在に枢支されたロータと、上記ロー
   タにトルクを発生させるステータとがハウジング内に収
   納されたアクチュエータ装置において、 上記ステータに駆動電流を供給する駆動回路と、 予め与えられた制御ゲインパラメータを用いて上記駆動
   回路に与える電流指令値を算出する演算手段とを上記ハ
   ウジングに具えることを特徴とするアクチュエータ装
   置。
2. 【請求項２】上記ハウジング内に設けられ、上記ロータ
   を構成する駆動用の永久磁石の温度を検出する温度検出
   手段を具え、 上記演算手段は、 予め与えられた上記永久磁石の温度特性に応じて決まる
   温度係数を用い、上記温度検出手段の検出結果に基づい
   て上記電流指令値を決定することを特徴とする請求項１
   に記載のアクチュエータ装置。
3. 【請求項３】回転自在に枢支されたロータと、上記ロー
   タにトルクを発生させるステータと、上記ロータ及び上
   記ステータを収納するハウジングと、上記ロータに発生
   した上記トルクを増幅して出力軸を介して出力するトル
   ク増幅手段を有するアクチュエータ装置において、 上記ハウジングに設けられ、上記ステータに駆動電流を
   供給する駆動回路と、 上記ハウジングに設けられ、予め与えられた制御ゲイン
   パラメータを用いて上記駆動回路に与える電流指令値を
   決定する演算手段と、 上記トルク増幅手段に設けられ、上記出力軸の回転角度
   を検出する回転角度検出手段とを具え、 上記演算手段が、 予め与えられた上記トルク増幅手段の数学的モデルを用
   いて上記回転角度検出手段の検出結果から上記トルク増
   幅手段の上記出力軸に与えられた外力の推定値を算出
   し、当該推定結果に応じて上記電流指令値を決定するこ
   とを特徴とするアクチュエータ装置。